VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální...

64
VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČNÍCH TECHNOLOGIÍ ÚSTAV VÝKONOVÉ ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY FACULTY OF ELECTRICAL ENGINEERING AND COMMUNICATION DEPARTMENT OF POWER ELECTRICAL AND ELECTRONIC ENGINEERING ŠKOLÍCÍ PŘÍPRAVEK PRO MOTOROVÝ KONTROLÉR UMC100 BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR‘S THESIS AUTOR PRÁCE MARTIN JANÁČEK AUTHOR BRNO 2014

Transcript of VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální...

Page 1: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

VYSOKEacute UČENIacute TECHNICKEacute V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČNIacuteCH TECHNOLOGIIacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

FACULTY OF ELECTRICAL ENGINEERING AND COMMUNICATION

DEPARTMENT OF POWER ELECTRICAL AND ELECTRONIC ENGINEERING

ŠKOLIacuteCIacute PŘIacutePRAVEK PRO MOTOROVYacute KONTROLEacuteR UMC100

BAKALAacuteŘSKAacute PRAacuteCE BACHELORlsquoS THESIS

AUTOR PRAacuteCE MARTIN JANAacuteČEK AUTHOR

BRNO 2014

VYSOKEacute UČENIacute TECHNICKEacute V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČNIacuteCH TECHNOLOGIIacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

FACULTY OF ELECTRICAL ENGINEERING AND COMMUNICATION DEPARTMENT OF POWER ELECTRICAL AND ELECTRONIC

ENGINEERING

ŠKOLIacuteCIacute PŘIacutePRAVEK PRO MOTOROVYacute

KONTROLEacuteR UMC100

MOTOR CONTROLLER UMC100 TRAINING DEVICE

BAKALAacuteŘSKAacute PRAacuteCE BACHELORlsquoS THESIS

AUTOR PRAacuteCE MARTIN JANAacuteČEK AUTHOR

VEDOUCIacute PRAacuteCE Ing PETR DOHNAL PhD SUPERVISOR

BRNO 2014

Abstrakt

Bakalaacuteřskaacute praacutece pojednaacutevaacute o motoroveacutem kontroleacuteru UMC100-FBP společnosti ABB sro

kdy jsou představeny možnosti využitiacute teacuteto technologie pro chod trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho

motoru Pro demonstraci je navržena vyrobena a zprovozněna laboratorniacute uacuteloha představujiacuteciacute

v praxi zaacutevažneacute poruchoveacute stavy motoru Konstrukčniacute naacutevrh spolu s elektrickyacutem scheacutematem

jsou provedeny pomociacute softwaru AutoCAD a Inventor Professional

Abstract

Bachelorrsquos thesis conserning motor controller UMC100-FBP by ABB sro shows usage

possibilities of this technology for 3-phase asynchronous motor For demonstration was

laboratory task designed and developed It shows serious defective states of motor in practice

Construction plan and electrical diagram were made in AutoCAD and Inventor Professional

Kliacutečovaacute slova

Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter napěťovyacute modul rozšiřovaciacute modul ovlaacutedaciacute panel

asynchronniacute motor

Keywords

Universal Motor Controller voltage module expansion module control panel asynchronous

motor

Bibliografickaacute citace

JANAacuteČEK M Školiacuteciacute přiacutepravek pro motorovyacute kontroleacuter UMC100 Brno Vysokeacute učeniacute

technickeacute v Brně Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute 2014 63 s Vedouciacute

bakalaacuteřskeacute praacutece Ing Petr Dohnal PhD

Prohlaacutešeniacute

Prohlašuji že svou bakalaacuteřskou praacuteci na teacutema Školiacuteciacute přiacutepravek pro motorovyacute kontroleacuter

UMC100 jsem vypracoval samostatně pod vedeniacutem vedouciacuteho bakalaacuteřskeacute praacutece a s použitiacutem

odborneacute literatury a dalšiacutech informačniacutech zdrojů ktereacute jsou všechny citovaacuteny v praacuteci a uvedeny

v seznamu literatury na konci praacutece

Jako autor uvedeneacute bakalaacuteřskeacute praacutece daacutele prohlašuji že v souvislosti s vytvořeniacutem teacuteto

bakalaacuteřskeacute praacutece jsem neporušil autorskaacute praacuteva třetiacutech osob zejmeacutena jsem nezasaacutehl

nedovolenyacutem způsobem do ciziacutech autorskyacutech praacutev osobnostniacutech a jsem si plně vědom naacutesledků

porušeniacute ustanoveniacute sect 11 a naacutesledujiacuteciacutech autorskeacuteho zaacutekona č 1212000 Sb včetně možnyacutech

trestněpraacutevniacutech důsledků vyplyacutevajiacuteciacutech z ustanoveniacute sect 152 trestniacuteho zaacutekona č 1401961 Sb

V Brně dne helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Podpis autora helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Poděkovaacuteniacute

Děkuji vedouciacutemu bakalaacuteřskeacute praacutece Ing Petru Dohnalovi PhD za uacutečinnou metodickou

pedagogickou a odbornou pomoc a dalšiacute cenneacute rady při zpracovaacuteniacute meacute bakalaacuteřskeacute praacutece Dalšiacute

poděkovaacuteniacute směřuji k Ing Rostislavu Huzliacutekovi za odbornou pomoc při řešeniacute v oblasti

elektrickyacutech pohonů a Ing Vladimiacuteru Horychovi ze společnosti ABB sro za poskytnuteacute

podklady a odborneacute rady

V Brně dne helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Podpis autora helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 7

OBSAH

SEZNAM OBRAacuteZKŮ 9

SEZNAM TABULEK 11

SEZNAM SYMBOLŮ A ZKRATEK 12

UacuteVOD 14

MOTOROVYacute KONTROLEacuteR 15 1

11 UNIVERZAacuteLNIacute MOTOROVYacute KONTROLEacuteR UMC100-FBP 15

12 INSTALACE 16

TECHNICKEacute VYBAVENIacute UMC100-FBP 17 2

21 KOMPAKTNIacute ZAacuteKLADNIacute JEDNOTKA 17

211 STAVEBNIacute BLOKY 18

22 OVLAacuteDACIacute PANEL UMC100-PAN 19

23 NAPĚŤOVYacute A ROZŠIŘOVACIacute MODUL 20

231 NASTAVENIacute KOMUNIKACE 20

232 VI15X- FBP 20

233 DX111-FBP 22

234 DX122-FBP 22

24 PROUDOVYacute MĚŘIacuteCIacute TRANSFORMAacuteTOR 24

241 EXTERNIacute PROUDOVYacute TRANSFORMAacuteTOR CTS 25

25 MONITOROVACIacute ZAŘIacuteZENIacute ZEMNIacuteHO SPOJENIacute CEM11-FBP 28

26 NAPAacuteJECIacute ZDROJ 29

27 KOMUNIKAČNIacute MODUL MTQ22-FBP 30

OCHRANNEacute FUNKCE 31 3

31 OCHRANA PŘI TEPELNEacuteM PŘETIacuteŽENIacute 31

311 URČENIacute TEPLOTY VINUTIacute A VYPIacuteNACIacute TŘIacuteDY 32

32 OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU 34

33 OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute 35

34 OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute 35

341 ČINNYacute PŘIacuteKON A UacuteČINIacuteK 37

35 OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII 39

36 OCHRANA SLEDU FAacuteZIacute 39

37 OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE 39

38 PTC OCHRANA 39

381 TERMISTOR 39

382 PRINCIP PTC OCHRANY V UMC 40

39 OCHRANA PŘI ZEMNIacuteM SPOJENIacute 40

DEMONSTRAČNIacute PŘIacutePRAVEK 41 4

41 NAacuteVRH PŘIacutePRAVKU 41

42 SCHEacuteMA ZAPOJENIacute PŘIacutePRAVKU 44

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 8

43 VYacuteSLEDNYacute PŘIacutePRAVEK 45

44 DEMONSTRAČNIacute KUFR PRO ABB 46

SIMULACE OCHRAN 48 5

51 OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII 48

52 OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE 48

53 OCHRANA SLEDU FAacuteZIacute 48

54 PTC OCHRANA 48

LABORATORNIacute UacuteLOHA 50 6

61 UNIVERZAacuteLNIacute MOTOROVYacute KONTROLEacuteR UMC100 50

62 BLOKOVEacute SCHEacuteMA ZAPOJENIacute UacuteLOHY A SCHEacuteMA ZAPOJENIacute PANELU 52

63 POPIS SCHEacuteMATU ZAPOJENIacute LABORATORNIacute UacuteLOHY 54

64 PRACOVNIacute POSTUP 55

65 MĚŘENIacute 55

66 DEMONSTRACE OCHRAN PŘI POUŽITIacute DYNAMOMETRU 57

67 VYHODNOCENIacute A ZAacuteVĚR 58

ZAacuteVĚR 59 7

LITERATURA 60

PŘIacuteLOHY 61

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 9

SEZNAM OBRAacuteZKŮ Obr 11 Instalace UMC100-FBP na DIN lištu 16

Obr 21 Vnějšiacute popis UMC100-FBP a s připojenyacutem UMC100-PAN 17

Obr 22 Zaacutekladniacute blokoveacute scheacutema UMC100-FBP a tok dat mezi hlavniacutemi čaacutestmi zařiacutezeniacute 18

Obr 23 Popis UMC100-PAN 19

Obr 24 Struktura napěťoveacuteho modulu VI150 21

Obr 25 Vnějšiacute popis modulu VI150 pro UMC100-FBP 21

Obr 26 Vnějšiacute popis IO modulu DX122-FBP pro UMC100-FBP 23

Obr 27 Magnetizačniacute charakteristika feromagnetickeacuteho materiaacutelu 24

Obr 28 Měřiacuteciacute transformaacutetor proudu 24

Obr 29 Konstrukce CT4L185R4 a CT4L310R4 26

Obr 210 Konstrukce CT5L500R4 a CT5L850R4 26

Obr 211 UMC100-FBP s CT a VI150 26

Obr 212 Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů proudu 27

Obr 213 Zapojeniacute CEM11-FBP do obvodu 28

Obr 214 Zatěžovaciacute charakteristika zdroje CP-D 2413 29

Obr 215 Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A 29

Obr 216 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP 30

Obr 31 Vypiacutenaciacute třiacutedy pro UMC100-FBP 33

Obr 32 Obvodovyacute model asynchronniacuteho motoru pro jednu faacutezi statoroveacuteho vinutiacute ndash nakraacutetko 34

Obr 33 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu přetiacuteženiacute 35

Obr 34 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute 36

Obr 35 Blokoveacute scheacutema ochrany proti proudoveacutemu podtiacuteženiacute 37

Obr 36 Charakteristiky asynchronniacuteho motoru při zatiacuteženiacute 38

Obr 37 Graf zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti P2 38

Obr 38 Zaacutevislost odporu termistoru na teplotě 40

Obr 41 Nosnaacute konstrukce 41

Obr 42 Naacutevrh plechu panelu 42

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent 43

Obr 44 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho přiacutepravku 44

Obr 45 Demonstračniacute přiacutepravek 45

Obr 46 Zadniacute pohled 45

Obr 47 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho kufru 47

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 10

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany 49

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu 49

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy 52

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu 53

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha 54

Obr 64 Štiacutetek motoru 54

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru 56

Obr 01 Plech 61

Obr 02 Kryciacute panel kurfu 62

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 63

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 11

SEZNAM TABULEK Tab 21 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX111-FBP 22

Tab 22 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX122-FBP 22

Tab 23 Typy externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů s měřenyacutem rozsahem proudu 25

Tab 24 Rozměry vyraacuteběnyacutech CEM11-FBPs udaacutevanyacutemi hodnotami svodovyacutech proudů 28

Tab 31 Ochranneacute funkce 31

Tab 32 Třiacutedy přetiacuteženiacute a čas odpojeniacute 31

Tab 33 Princip funkce logickeacuteho hradla AND 37

Tab 41 Seznam použityacutech komponent 41

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty 55

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru 57

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute 63

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 12

SEZNAM SYMBOLŮ A ZKRATEK

Zkratka Symbol Vyacuteznam Jednotka

AC Střiacutedavyacute proud (napětiacute) [A (V)]

B Magnetickaacute indukce [T]

cos φ Uacutečiniacutek [-]

DC Stejnosměrnyacute proud (napětiacute) [A (V)]

DTM Device Type Manager

FBP FieldBusPlug

H Intenzita magnetickeacuteho pole [Am]

I Aktuaacutelniacute hodnota proudu [A]

I1z Zaacuteběrnyacute proud [A]

If Procentuaacutelniacute poměr proudu []

Imax Maximaacutelniacute hodnota proudu [A]

Imin Minimaacutelniacute hodnota proudu [A]

In Jmenovityacute proud [A]

Iodp Hodnota proudu při odpojeniacute []

Ivar Varovnaacute hodnota proudu []

Ix Konec startu motoru []

Mz Zatěžovaciacute moment [Nm]

n Otaacutečky motoru [otmin]

nn Jmenoviteacute otaacutečky [otmin]

P Činnyacute vyacutekon [W]

P1 Činnyacute přiacutekon [W]

P2 Mechanickyacute vyacutekon na hřiacutedeli [W]

Pn Jmenovityacute vyacutekon [W]

Q1 Jalovyacute přiacutekon [var]

R Elektrickyacute odpor [Ω]

Rlsquo2s Celkovyacute činnyacute odpor rotoru [Ω]

R1 Odpor statoroveacuteho vinutiacute [Ω]

RFe Činnyacute odpor magnetickeacuteho obvodu [Ω]

s Skluz [-]

to Doba rozběhu [s]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 13

todp Zpožděniacute odpojeniacute [s]

TOL Thermal Overload Protection

TTC Time To Cool [s]

TTT Time To Trip [s]

tvar Zpožděniacute varovaacuteniacute [s]

U1 Vstupniacute napětiacute [V]

UMC Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter

Un Jmenoviteacute napětiacute [V]

Xrsquor20 Reaktance zabržděneacuteho rotoru [Ω]

Xm Reaktance magnetickeacuteho obvodu [Ω]

Xr1 Reaktance statoroveacuteho vinutiacute [Ω]

Φ Magnetickyacute tok [Wb]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 14

UacuteVOD

Bakalaacuteřskaacute praacutece je založena na naacutevrhu a vyacuterobě demonstračniacuteho přiacutepravku pro motorovyacute

kontroleacuter UMC100-FBP Tento přiacutepravek posloužiacute pro laboratorniacute uacutelohu v předmětu Elektrickeacute

přiacutestroje a takeacute jako prezentačniacute aparaacutet UMC100-FBP a rozšiřovaciacutech modulů pro společnost

ABB sro Finaacutelniacute zařiacutezeniacute je realizovaacuteno pro chod ochranu a diagnostiku trojfaacutezoveacuteho

asynchronniacuteho motoru Praacutece je rozdělena do několika hlavniacutech čaacutestiacute Nejprve je přibliacuteženo

UMC100-FBP Tato čaacutest všeobecně sloužiacute pro seznaacutemeniacute se s motorovyacutem kontroleacuterem jeho

zevnějškem a možnostmi Praacutece je daacutele rozšiacuteřena o přiacutedavneacute rozšiřovaciacute moduly ktereacute lze v praxi

použiacutet společně s UMC100-FBP Uvedeny jsou i informace o připojitelneacutem ovlaacutedaciacutem LCD

panelu UMC100-PAN Kapitola č3 přibliacutežiacute ochranneacute funkce nabiacutezeneacute kontroleacuterem V dalšiacute čaacutesti

je obsažen naacutevrh aparatury pro demonstraci UMC100 a jeho funkciacute podrobneacute scheacutema zapojeniacute

tohoto přiacutepravku a samotnou laboratorniacute uacutelohu na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter

UMC100

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 15

MOTOROVYacute KONTROLEacuteR 1

Efektivniacute využiacutevaacuteniacute energie v průmyslu je důležiteacute Z praxe bylo zjištěno že viacutece jak 40

elektrickeacute energie vyrobeneacute na zemi je spotřebovaacutevaacuteno praacutevě v průmyslovyacutech odvětviacutech a z toho

až 65 je spotřebovaacutevaacuteno elektrickyacutemi motory Jak již samotnyacute naacutezev napoviacutedaacute jednaacute se o

zařiacutezeniacute určeneacute předevšiacutem pro hliacutedaacuteniacute chodu asynchronniacuteho motoru Hlavniacute funkciacute motoroveacuteho

kontroleacuteru je diagnostika veličin se kteryacutemi motor pracuje Vyacutesledkem operace byacutevaacute sled

informaciacute ktereacute jsou předaacutevaacuteny obsluze nebo dispečinku Data o zkoumaneacutem motoru je možneacute

ziacuteskat buď formou integrovaneacuteho popř připojitelneacuteho zobrazovaciacuteho prvku nebo

prostřednictviacutem konektoru kteryacute komunikuje pomociacute datoveacute sběrnice s počiacutetačem V obou

přiacutepadech jsou obsluze poskytovaacutena rozsaacutehlaacute provozniacute servisniacute a diagnostickaacute data motoru

Takto ziacuteskaneacute informace umožňujiacute obsluze odhalovat chyby omezit je nebo jim dokonce

v budoucnu zabraacutenit a tiacutem i předejiacutet možneacutemu poškozeniacute motoru resp neplaacutenovaneacutemu vyacutepadku

vyacuteroby[13]

11 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP

Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP (daacutele jen UMC100) společnosti ABB sro je

zařiacutezeniacute použiacutevaneacute pro řiacutezeniacute ochranu a sledovaacuteniacute chodu trojfaacutezovyacutech asynchronniacutech motorů

UMC100-FBP je naacutestupcem staršiacuteho modelu řiacutediacuteciacute jednotky UMC22-FBP kteraacute se ve světě

využiacutevaacute v mnoha projektech Nejčastějšiacute průmyslovaacute odvětviacute použiacutevajiacuteciacute UMC22 i UMC100 jsou

např

rafinerie

technickeacute vybaveniacute elektraacuteren

těžba nerostnyacutech surovin

chemickyacute průmysl

papiacuterny

ocelaacuterny

potravinaacuteřstviacute a vyacuteroba naacutepojů

Jako naacutestupce staršiacuteho typu kontroleacuteru se použiacutevaacute již zmiacuteněnaacute UMC100 kteraacute od ochrany a

řiacutezeniacute motoru nabiacuteziacute i detekci vyacutepadku napaacutejeciacute faacuteze motoru nastavitelnou ochranu během

rozběhu nebo normaacutelniacutem provozu a mnoho dalšiacutech funkciacute ktereacute budou daacutele zmiacuteněny Použitiacute

UMC100 je diacuteky sveacute velikosti programovatelnosti a integrovaneacutemu měřiacuteciacutemu systeacutemu vhodneacute

pro modernizaci zastaralyacutech rozvaacuteděčů v již zaběhlyacutech provozech

Oficiaacutelniacute naacutezev kontroleacuteru obsahuje přiacuteponu FBP UMC100 je vybaven komunikačniacutem

rozhraniacutem pro připojeniacute do různyacutech průmyslovyacutech sběrnic siacutetiacute jako je PROFIBUS DP

DeviceNet MODBUS a CANopen To vše pomociacute skupiny produktů FieldBusPlug UMC100 je

takeacute ovšem možneacute použiacutet jako samostatneacute zařiacutezeniacute bez připojeniacute řiacutediacuteciacute sběrnice Změřeneacute

veličiny při chodu motoru (napětiacute proudhellip) jsou zpracovaacutevaacuteny v řiacutediciacutem systeacutemu samotneacuteho

kontroleacuteru kde jsou okamžitě vyhodnocovaacuteny Tato schopnost pomaacutehaacute k rychleacute detekci poruchy

a k zajištěniacute dopadů na ostatniacute zařiacutezeniacute v diagnostikovaneacute soustavě Daacutele napomaacutehaacute k řešeniacute

vhodnyacutech opatřeniacute pro přiacutepad dalšiacutech negativniacutech jevů a přiacutepadnyacutech vaacutežnyacutech poruch

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 16

12 Instalace

Samotnyacute koncept uzpůsobenyacute pro tyto aplikace naacutem zapřiacutečiňuje zkraacuteceniacute uacutesiliacute a naacutemahy při

zdlouhaveacutem vodičoveacutem propojeniacute v rozvaacuteděči jelikož veškereacute požadovaneacute ochranneacute

monitorovaciacute a řiacutediacuteciacute funkce jsou integrovaacuteny do jedineacuteho modulaacuterniacuteho zařiacutezeniacute UMC100 je

možneacute diacuteky kompaktniacutemu provedeniacute veškeryacutech jeho komponent jednoduše umiacutestit do stiacutesněnyacutech

prostor vyacutesuvnyacutech rozvaacuteděčů nebo do již použiacutevanyacutech staršiacutech zařiacutezeniacute Jednaacute se o zařiacutezeniacute a

provozy kteraacute prochaacuteziacute modernizaciacute a vyžadujiacute použitiacute noveacute technologie provozu a obohaceniacute o

noveacute způsoby řiacutezeniacute a ochran motorů od zastaralyacutech a vysloužilyacutech elektromagnetickyacutech releacute

Moderniacute motoroveacute kontroleacutery se ovšem nepoužiacutevajiacute pouze pro renovace a modernizace staršiacutech

provozů ale je samozřejmostiacute že noveacute společnosti s vysokyacutem počtem až tisiacutecem motorů saacutehnou

po technologicky vyspěleacutem ochranneacutem a monitorovaciacutem zařiacutezeniacute pro trojfaacutezoveacute asynchronniacute

motory

Montaacutež zařiacutezeniacute do rozvaacuteděče je velice jednoduchaacute Postačiacute pouze všeobecně použiacutevanaacute DIN

lišta (EN50022-35) na kterou se kontroleacuter zasadiacute nebo je možneacute upevněniacute 4 šrouby M4

Demonstrativniacute zasazeniacute na DIN lištu je předvedeno na Obr 11

Obr 11 Instalace UMC100-FBP na DIN lištu[1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 17

TECHNICKEacute VYBAVENIacute UMC100-FBP 2

21 Kompaktniacute zaacutekladniacute jednotka

Zaacutekladniacute jednotka kontroleacuteru obsahuje nejdůležitějšiacute čaacutesti jako je integrovanyacute měřiciacute systeacutem

a 2 seacuterie svorek Tyto svorky tvořiacute vstupy a vyacutestupy kontroleacuteru Jsou tvořeny 6 digitaacutelniacutemi vstupy

24V DC (spodniacute svorky) 1 integrovanyacute vstupem pro připojeniacute PTC termistoru a 4 vyacutestupy (horniacute

svorky) Tyto vyacutestupy tvořiacute 3 vyacutestupniacute releacute a 1 digitaacutelniacute tranzistorovyacute vyacutestup UMC100 takeacute

disponuje třemi LED pro signalizaci stavu technickeacuteho vybaveniacute Umožňuje tedy provoz bez

použitiacute sběrnicoveacuteho systeacutemu a daacutelkoveacute přiřazeniacute parametrů přes řiacutediciacute systeacutem Na Obr 21 je

patrneacute použitiacute konektoru M12

[2]

Obr 21 Vnějšiacute popis UMC100-FBP a s připojenyacutem UMC100-PAN

1 upevňovaciacute očka pro montaacutež 4 šrouby M4 Očka je možneacute odlomit pokud bude zařiacutezeniacute

připevněno na DIN lištu

2 konektory pro připojeniacute odporoveacuteho PTC sniacutemače

3 připojovaciacute svorky pro komunikaci s IO moduly

4 zaacutestrčka M12 pro připojeniacute konektoru FieldBusPlug

5 3 stavoveacute LED kontrolky

zelenaacute ndash motor připraven

žlutaacute ndash motor je v provozu

červenaacute ndash přetiacuteženiacute nebo porucha motoru (hlaacutešeniacute chyby)

6 připojovaciacute svorky pro releacuteoveacute vyacutestupy

(šrouby nepoužiacutevanyacutech svorek musiacute byacutet dotaženy pro zajištěniacute ochrany proti naacutehodneacutemu

vyšroubovaacuteniacute a naacutesledneacutemu kontaktu)

7 konektor pro připojeniacute ovlaacutedaciacuteho LCD panelu Control Panel UMC100-PAN

8 prvniacute dvě svorky sloužiacute pro napaacutejeciacute napětiacute 24V DC 24VDC vyacutestup a DI0 až DI0 jsou

připojovaciacute svorky pro digitaacutelniacute vyacutestupy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 18

9 znaacutezorněnaacute draacuteha proudu pro napaacutejeniacute motoru vodiči o průměru až 11mm což odpoviacutedaacute

průřezu vodiče až 25mm2

211 Stavebniacute bloky

Naacutesledujiacuteciacute scheacutema demonstruje hlavniacute funkčniacute bloky UMC100 a tok dat mezi nimi Obr 22

Hlavniacute blok (Protection) obsahuje prvky souvisejiacuteciacute s ochrannyacutemi prvky Motorovaacute ochrana maacute

vždy vyššiacute prioritu než spiacutenaacuteniacute releacuteovyacutech vyacutestupů Ochrana působiacute přiacutemo na vyacutestup releacute a může

motor zastavit Pokud selže některaacute čaacutest HW zařiacutezeniacute kontrola Hardware Supervision otevře

releacuteoveacute vyacutestupy z bezpečnostniacutech důvodů automaticky Hardware Supervision neniacute možneacute

vyřadit

Měřeniacute proudu poskytuje informace o aktuaacutelniacutem proteacutekajiacuteciacutem proudu motorem kdy zařiacutezeniacute

měřiacute proud v jednotlivyacutech faacuteziacutech a vypočte středniacute hodnotu Naacutestupce původniacuteho kontroleacuteru

UMC22 použiacutevaacute aktuaacutelniacute informace o proudu a takeacute počiacutetaacute odpoviacutedajiacuteciacute teplotu motoru pomociacute

tepelneacuteho modelu Na určiteacute definovaneacute uacuterovni skutečneacute nebo vypočiacutetaneacute teploty dojde k vypnutiacute

motoru z důvodu přetiacuteženiacute

PTC input - tento vstup sloužiacute pro připojeniacute PTC termistoru pro měřeniacute skutečneacute teploty

vinutiacute motoru

Blok (Motor control) obsahuje množstviacute řiacutediacuteciacutech funkciacute Veškereacute přiacutechoziacute přiacutekazy z hlavniacuteho

panelu z digitaacutelniacutech vstupů nebo z FBP rozhraniacute jsou seřazeny a podle nastaveniacute uživatele jsou

poteacute zpracovaacutevaacuteny Blok Starter function řiacutediacute releacuteoveacute vyacutestupy Všechny bloky pracujiacute v logickeacutem

sledu Obvykle majiacute předem definovaneacute aplikace ktereacute budou provaacutedět UMC100 ovšem nabiacuteziacute i

vytvaacuteřeniacute vlastniacutech aplikaciacute [1]

Obr 22 Zaacutekladniacute blokoveacute scheacutema UMC100-FBP a tok dat mezi hlavniacutemi čaacutestmi zařiacutezeniacute [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 19

22 Ovlaacutedaciacute panel UMC100-PAN

UMC100-PAN je LCD panel kteryacutem lze rozšiacuteřit UMC100 o zobrazovaciacute prvek Tento prvek

připojiacuteme na UMC (Obr 21 7 -Konektor pro připojeniacute ovlaacutedaciacuteho LCD panelu Control Panel

UMC100-PAN) Zmiacuteněnyacute typ LCD je možneacute připojit pouze na UMC100 jelikož neniacute

kompatibilniacute se staršiacutem typem UMC22 LCD je předevšiacutem určen pro montaacutež na čelniacutem panelu

nebo na rozvaděči Ovlaacutedaciacute panel sloužiacute k lokaacutelniacutemu zobrazeniacute všech dat Poruchy (errors) a

vyacutestrahy jsou zobrazovaacuteny v nezakoacutedovaneacute podobě Externiacute zaacutevada může byacutet doplněna

individuaacutelniacutem textem např Phase loss Veškereacute parametry je možneacute nastavovat měnit a dle

potřeby chraacutenit přiacutestupovyacutem heslem

Panel sloužiacute pro zobrazeniacute veškeryacutech uacutedajů o obvodu jako např

proud prochaacutezejiacuteciacute motorem (možneacute absolutniacute zobrazeniacute v A nebo relativniacute v )

napětiacute na jednotlivyacutech faacuteziacutech L1-L3 (při použitiacute VI150(5))

aktuaacutelniacute uacutedaje o sepnutyacutech vstupech a vyacutestupech

způsob zapojeniacute motoru-přiacutemyacute chod reverzniacute chodhellip

Při vyacuteskytu přetiacuteženiacute dojde k vybaveniacute ochrany Na LCD je možneacute sledovat časovyacute odpočet

kteryacute zbyacutevaacute do dalšiacuteho možneacuteho uvedeniacute motoru do chodu po vychladnutiacute Po uplynutiacute tohoto

časoveacuteho uacuteseku může byacutet motor opět spuštěn [1]

Obr 23 Popis UMC100-PAN

1 3 stavoveacute LED

zelenaacute ndash zařiacutezeniacute připraveno

žlutaacute ndash zařiacutezeniacute v chodu

červenaacute ndash hlaacutešeniacute poruchy

2 podsviacutecenyacute LCD display

3 vstup do menu ovlaacutedaacuteniacute (Enter Control Menu)

4 vstup do menu nastaveniacute (Enter Configuration Menu)

5 posun nahoru

6 stop motoru

7 posun dolů

8 start motoru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 20

23 Napěťovyacute a rozšiřovaciacute modul

Napěťovyacute VI15x a rozšiřovaciacute (vstupně vyacutestupniacute) modul DX1xx sloužiacute pro možneacute rozšiacuteřeniacute

UMC o dalšiacute vstupy a vyacutestupy v přiacutepadě modulu DX a o měřeniacute napětiacute pomociacute modulu VI

231 Nastaveniacute komunikace

Při použitiacute rozšiřovaciacutech modulů je nejprve nutno pomociacute UMC100-PAN nastavit jejich

připojeniacute Nastaveniacute a uvedeniacute do chodu je provedeno naacutesledujiacuteciacutem způsobem

V hlavniacutem menu (ovlaacutedaacuteniacute pomociacute LCD) vybereme položku IO modules a volbu potvrdiacuteme

přiacuteslušnyacutem tlačiacutetkem Tlačiacutetky Nahoru nebo Dolů vybereme požadovanyacute modul kteryacute chceme

propojit s kontroleacuterem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on [1]

Nastaveniacutem na bdquoonldquo uvedeme moduly do provozu Funkce napěťoveacuteho modulu (VI15x) je

ověřitelnaacute jednoduchyacutem způsobem Pokud nejsou připojeny napaacutejeciacute faacuteze na svorky L1L2 a L3

modulu zařiacutezeniacute hlaacutesiacute chybu z důvodu ochrany při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze [4] [5]

232 VI15x- FBP

VI15x je přiacutedavnyacute napěťovyacute modul sloužiacuteciacute pro měřeniacute sdruženeacuteho popř faacutezoveacuteho napětiacute

motoru Z hodnot proudu měřenyacutech UMC a napětiacute pomociacute VI15x je možno vyhodnotit faacutezovyacute

posuv mezi napětiacutem a proudem Naměřeneacute hodnoty putujiacute skrze komunikačniacute kanaacutel směrem k

UMC100 K propojeniacute s UMC100 sloužiacute piny s označeniacutem Ca a Cb Daacutele modul obsahuje svorky

pro připojeniacute jednotlivyacutech faacutezovyacutech vodičů L1L2 a L3 Pro spraacutevnyacute sled faacuteziacute a jeho detekci musiacute

byacutet dodrženo spraacutevneacute zapojeniacute vzhledem k proudům měřenyacutem v UMC VI150 sloužiacute pro

připojeniacute pouze do uzemněneacute soustavy ( TN-C nebo TN-S) Modul VI155 lze naopak použiacutet jak

pro uzemněneacute soustavy (TN) tak i pro neuzemněneacute (IT) Oba typy sloužiacute k upevněniacute na DIN

lištu [1] [3]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 21

2321 Vnitřniacute struktura VI150-FBP

Obraacutezek přibližuje vnitřniacute strukturu použiteacuteho napěťoveacuteho modulu VI150

Obr 24 Struktura napěťoveacuteho modulu VI150 [3]

Obr 25 Vnějšiacute popis modulu VI150 pro UMC100-FBP

1 konektory pro komunikaci s UMC100 a pro komunikaci s rozšiřovaciacutemi moduly DX111-

FBP a DX122-FBP

2 napěťoveacute vstupy

3 releacuteovyacute vyacutestup

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 22

4 svorky pro připojeniacute napaacutejeciacuteho napětiacute 24VDC

5 3 stavoveacute LED

zelenaacute - zařiacutezeniacute připraveno

žlutaacute - varovaacuteniacute

červenaacute - porucha zařiacutezeniacute

6 popisovyacute štiacutetek

233 DX111-FBP

Modulaacuterniacute zařiacutezeniacute umožňujiacuteciacute rozšiacuteřeniacute UMC100 o dalšiacute pomocneacute vstupy a vyacutestupy

použitelneacute pro různaacute hlaacutešeniacute a vyacutestrahy Digitaacutelniacute vstupy jsou potenciaacuteloveacute s napětiacutem 24V DC

Proto je nutneacute pro ovlaacutedaciacute obvody dodržet napětiacute 24V DC nebo bezpotenciaacuteloveacute kontakty (tj

releacute) připojeneacute ze svorky +24V

Rozšiřovaciacute modul DX111-FBP nabiacuteziacute množstviacute vstupů a vyacutestupů uvedenyacutech v (Tab 21)

Vstupy 8 digitaacutelniacutech vstupů 24V DC

Vyacutestupy 4 releacuteoveacute vyacutestupy

1 analogovyacute vyacutestup

Vstupniacute napětiacute 24V DC

Vstupniacute proud 60 mA

Logickaacute 0 -312hellip+5V DC

helliphelliphelliphellipcv1 +15hellip+312V DC

Tab 21 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX111-FBP [1]

234 DX122-FBP

Multifunkčniacute modul DX122-FBP maacute srovnatelneacute vlastnosti jako předešlaacute DX111 ovšem

rozdiacutel je v tom že DX122 nabiacuteziacute osm digitaacutelniacutech vstupů pro napětiacute 110V až 230V AC

Vstupy 8 digitaacutelniacutech vstupů 110-230V AC

Vyacutestupy 4 releacuteoveacute vyacutestupy

1 analogovyacute vyacutestup

Vstupniacute napětiacute 110V AChellip 240V AC

Vstupniacute proud 60 mA

Logickaacute 0 0hellip 40V AC

helliphelliphelliphelliphellip 1 74hellip 265V AC

Tab 22 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX122-FBP [1]

Pomocnyacute rozšiřovaciacute modul se k UMC100 připojiacute na svorky Ca a Cb patrneacute na (Obr 21)

Připojeniacute lze proveacutest prostou kroucenou dvoulinkou Vzhledem k omezenyacutem prostoraacutem

rozvaacuteděčů kam je UMC100 instalovaacuteno je možneacute připojit rozšiřovaciacute modul odděleně od

kontroleacuteru a to až do vzdaacutelenosti maximaacutelniacute deacutelky 3m [1] [5]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 23

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezek (Obr 26) opět popisuje svorky a monitorovaciacute prvky DX122

Obr 26 Vnějšiacute popis IO modulu DX122-FBP pro UMC100-FBP

1 releacuteoveacute vyacutestupy (čaacutest 1)

2 releacuteoveacute vyacutestupy (čaacutest 2)

3 analogovyacute vyacutestup

4 komunikačniacute port s UMC

5 popisovyacute štiacutetek

6 digitaacutelniacute vstupy (110V AC- 230V AC)

7 3 stavoveacute LED

zelenaacute ndash zařiacutezeniacute v provozu

žlutaacute ndash vyacutestraha

červenaacute ndash porucha modulu

8 svorky pro napaacutejeniacute 24 V DC

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 24

24 Proudovyacute měřiacuteciacute transformaacutetor

Proudoveacute měřiacuteciacute transformaacutetory sloužiacute pro měřeniacute většiacutech hodnot střiacutedavyacutech proudů než je

dovoleno měřiacuteciacutem přiacutestrojem a takeacute ke galvanickeacutemu odděleniacute vedeniacute od měřiacuteciacuteho přiacutestroje

Funkce je založena na principu elektromagnetickeacute indukce Primaacuterniacute vinutiacute je tvořeno silovyacutem

vodičem měřeneacuteho vedeniacute Průchodem proudu primaacuterniacutem vedeniacutem se v magnetickeacutem obvodu

(jaacutedru) vytvaacuteřiacute magnetickyacute tok Φ a na zaacutekladě Faradayova zaacutekona elektromagnetickeacute indukce se

v sekundaacuterniacutem vinutiacute indukuje napětiacute Na sekundaacuterniacute vinutiacute je připojena měřiacuteciacute soustava

Obr 27 Magnetizačniacute charakteristika feromagnetickeacuteho materiaacutelu

Z průběhu magnetizačniacute charakteristiky feromagnetickeacuteho materiaacutelu (zaacutevislosti magnetickeacute

indukce na intenzitě magnetickeacuteho pole ) je patrnyacute stav kdy dojde k nasyceniacute magnetickeacuteho

obvodu transformaacutetoru Při nasyceniacute dochaacuteziacute ke změně vlastnostiacute feromagnetickeacuteho materiaacutelu

a křivka se od lineaacuterniacuteho průběhu odklaacuteniacute (tzv koleno magnetizačniacute křivky)

Obr 28 Měřiacuteciacute transformaacutetor proudu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 25

241 Externiacute proudovyacute transformaacutetor CTs

Externiacute přiacutestrojovyacute transformaacutetor proudu (daacutele jen PTP) se použiacutevaacute v přiacutepadě je-li jmenovityacute

proud motoru vyššiacute než 63A tzn sloužiacute k přizpůsobeniacute proudoveacuteho rozsahu na hodnotu kterou

je schopno UMC změřit UMC100 je schopneacute pracovat pomociacute sveacuteho vnitřniacuteho transformaacutetoru

proudu s proudem 024A až 63A Použitiacutem externiacuteho proudoveacuteho transformaacutetoru je možneacute měřit

až do hodnoty 850A PTP k UMC100 majiacute převod 1854 3104 5004 a 8504 Sekundaacuterniacutemu

vinutiacute odpoviacutedajiacute 4A což uvaacutediacute popis jednotlivyacutech typů proudovyacutech transformaacutetorů uvedenyacutech v

Tab 23 (čiacuteslo uvedeneacute za lomiacutetkem) např CTxLxxxR4 PTP maacute definovanou třiacutedu přesnosti

3 v celeacutem rozsahu měřeneacuteho proudu K nasyceniacute magnetickeacuteho obvodu transformaacutetoru dochaacuteziacute

přibližně při osminaacutesobku jmenoviteacuteho proudu In Transformaacutetor je navržen s třiacutedou přesnosti

5P10 to znamenaacute že je deklarovaacutena průměrnaacute chyba menšiacute než 5 při 10 naacutesobku jmenoviteacute

hodnoty proudu

Typ Rozsah měřeneacuteho proudu

[A] Max proud CT

[A]

CT4L185R4 60 až 185 1480

CT4L310R4 180 až 310 2480

CT5L500R4 300 až 500 4000

CT5L850R4 500 až 850 6800

Tab 23 Typy externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů s měřenyacutem rozsahem proudu [1]

Přiacuteklad zvoleniacute přiacuteslušneacuteho proudoveacuteho transformaacutetoru

Maacuteme-li asynchronniacute motor se jmenovityacutem proudem napřiacuteklad In =190 A a rozběhovyacutem proudem

pak

(241)

Podle jmenoviteacuteho proudu motoru In ležiacuteciacuteho v rozsahu měřeneacuteho proudu přiacuteslušneacuteho CT

určiacuteme typ CT Nachaacuteziacute-li se jmenovityacute proud na mezi některeacuteho z měřenyacutech rozsahů CT voliacute se

takovyacute transformaacutetor kteryacute maacute většiacute hodnotu maximaacutelniacuteho proudu než vyacuteslednyacute proud

vypočtenyacute Pro přiacutepad kdy In = 190 A je zvolenyacute typ CT4L310R4 Maximaacutelniacute proud Imax splňuje

požadavek kdy Imax lt max proud CT [1]

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezky představujiacute konstrukce externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 26

Obr 29 Konstrukce CT4L185R4 a CT4L310R4 [3]

Obr 210 Konstrukce CT5L500R4 a CT5L850R4 [3]

Zapojeniacute svorkovnice proudoveacuteho transformaacutetoru CTxLxxxR4 a propojeniacute s integrovanyacutem

proudovyacutem transformaacutetorem UMC100 Na Obr 211 je takeacute ukaacutezka zapojeniacute měřiacuteciacuteho modulu

VI150 na přiacutevodniacutech faacuteziacutech motoru a dodrženyacutem spraacutevnyacutem sledem faacutezovyacutech vodičů

Obr 211 UMC100-FBP s CT a VI150 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 27

Obecně platiacute že vyacutevody sekundaacuterniacuteho vinutiacute měřiacuteciacuteho transformaacutetoru proudu jsou buď

zapojeny na zaacutetěž nebo jsou propojeny do zkratu a jeden z vyacutevodů je uzemněn Princip je patrnyacute

z Obr 212 V praxi dochaacuteziacute k několika chybaacutem způsobenyacutech neznalostiacute problematiky Jednou

může byacutet neuzemněniacute jedneacute ze svorek sekundaacuterniacuteho vinutiacute Pak vznikaacute kapacitniacute vazba a

sekundaacuterniacute vinutiacute v nepřiacutezniveacutem přiacutepadě může vysokyacutem napětiacutem termionicky působit - jiskřit na

kostru Při delšiacutem trvaacuteniacute jiskřiveacuteho vyacuteboje v jednom miacutestě se mohou vytvořit vodiveacute cesty a dojiacutet

k průrazu izolace vodiče k nežaacutedouciacutemu potenciaacutelu [8]

Obr 212 Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů proudu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 28

25 Monitorovaciacute zařiacutezeniacute zemniacuteho spojeniacute CEM11-FBP

Monitorovaciacute zařiacutezeniacute CEM11 sloužiacute pro sledovaacuteniacute svodovyacutech proudů respektive zemniacutech

poruch způsobenyacutech nejčastěji poškozenou izolaciacute Detekovaacuteniacute takoveacuteto zemniacute poruchy vede

k odpojeniacute motoru aby nedošlo k jeho většiacutemu poškozeniacute nebo vede k upozorněniacute obsluhy

Možneacute použitiacute je jak v siacutetiacutech uzemněnyacutech tak i neuzemněnyacutech

Průvlečneacute oko je tvořeno toroidniacutem transformaacutetorem kteryacutem jsou vedeny všechny 3 faacutezoveacute

vodiče motoru Zařiacutezeniacute hliacutedaacute to aby součet faacutezorů proudů byl nulovyacute Jakmile dojde k zemniacutemu

spojeniacute tzn součet faacutezorů proudů je nenulovyacute integrovanaacute elektronika CEM11 sepne nebo

rozepne vyacutestup Vyacutestup z CEM11 pracuje jako kontakt kteryacute detekovanou hodnotou proudu

sepne nebo rozepne 24V DC jenž poteacute může byacutet připojeno jako např digitaacutelniacute vstup do UMC

Nastaveniacute zpožděniacute sepnutiacute varovaacuteniacute nebo odpojeniacute lze zvolit v UMC a to v rozsahu od 01s ndash

255s Nastaveniacute citlivosti spiacutenaacuteniacute je možneacute v několika krociacutech Poloha přepiacutenače (0-7) s toleranciacute

na pozici 0 cca plusmn30 a daacutele vždy s toleranciacute cca plusmn10

CEM11 je možneacute uložit spolu s ostatniacutemi komponenty na DIN lištu normovaneacuteho rozměru

35mm nebo pomociacute přiacutedavneacuteho klipu pro nejmenšiacute rozměr CEM11-FBP20 [1]

Průměr průvlečneacuteho

oka [mm]

Proudovyacute rozsah

[mA]

20 80 - 1700

35 100 - 3400

60 120 - 6800

120 240 - 13600

Tab 24 Rozměry vyraacuteběnyacutech CEM11-FBPs udaacutevanyacutemi hodnotami svodovyacutech proudů

Obr 213 Zapojeniacute CEM11-FBP do obvodu [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 29

26 Napaacutejeciacute zdroj

Pro napaacutejeniacute modulů UMC100 DX122 a VI150 sloužiacute zdroj typu CP-D 2413 Jednaacute se o

napaacutejeciacute zdroj kteryacute na sveacutem vyacutestupu dovoluje regulaci napětiacute 24-28V DC s toleranciacute plusmn 1

Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute je umožněna z důvodu připojeniacute modulů na dlouheacute vedeniacute kde

vznikajiacute uacutebytky napětiacute praacutevě vlivem deacutelky vedeniacute Zpravidla klesne-li na vedeniacute napětiacute od

jednoho zdroje na ktereacutem je nastaveno maximaacutelniacute vyacutestupniacute napětiacute pod minimaacutelniacute hodnotu

potřebnou pro napaacutejeniacute modulu je nutneacute použiacutet dalšiacute napaacutejeciacute zdroj Maximaacutelniacute proud zdroje je

Imax = 13A a jmenovityacute vyacutestupniacute vyacutekon 30W Tento typ zdroje je diacuteky svyacutem modulaacuterniacutem

rozměrům možneacute umiacutestit na DIN lištu (EN50022-35) [6]

Naacutesledujiacuteciacute zatěžovaciacute charakteristika znaacutezorňuje zaacutevislost svorkoveacuteho napětiacute zdroje na

odebiacuteraneacutem proudu pro teplotu T=25degC

Obr 214 Zatěžovaciacute charakteristika zdroje CP-D 2413[6]

Obr 215 Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 30

27 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

Tento modul poskytuje komunikaci pro FieldBusPlug zařiacutezeniacute jako je např UMC100

s počiacutetačem prostřednictviacutem siacutetě Ethernet K MTQ22 lze připojit až 4 zařiacutezeniacute pro uacutesporu

naacutekladů Naacutesledujiacuteciacute popis je vztažen k Obr 216 kde jsou znaacutezorněny jednotliveacute čaacutesti modulu

1 konektory s označeniacutem X1 až X4 sloužiacute pro připojeniacute až 4 zařiacutezeniacute FBP

2 LED diody pro signalizaci aktuaacutelniacuteho stavu komunikace

3 micro USB konektor s označeniacutem X5 pro připojeniacute a konfiguraci pomociacute PC

4 dvě RJ45 zaacutesuvky s označeniacutem E1 a E2 pro připojeniacute pomociacute Ethernetoveacuteho kabelu

5 konektor pro připojeniacute 24V DC napaacutejeciacuteho napětiacute nese označeniacute X6

Obr 216 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 31

OCHRANNEacute FUNKCE 3Kontroleacuter nabiacuteziacute velkeacute množstviacute ochrannyacutech funkciacute potřebnyacutech pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacuteho chodu

motoru Některeacute funkce jsou aktivniacute pouze po čaacutest běhu motoru typicky při startu motoru jineacute

po jeho rozběhu Naacutesledujiacuteciacute tabulka (Tab 31) nastiacuteniacute přehled nejdůležitějšiacutech ochran motoru a

čas kdy jsou aktivovaacuteny

Ochrannaacute funkce Aktivniacute

Při tepelneacutem přetiacuteženiacute Vždy

Při zablokovaneacutem rotoru Při startu motoru

Při proudoveacutem přetiacuteženiacute Po startu

Při proudoveacutem podtiacuteženiacute Po startu

Sled faacuteziacute Vždy

Při faacutezoveacute nesymetrii Vždy

Při ztraacutetě faacuteze Vždy

PTC ochrana Vždy

Při zemniacutem spojeniacute Vždy po spuštěniacute

Při napěťovyacutech špičkaacutech Vždy

Při harmonickeacutem zkresleniacute Vždy

Tab 31 Ochranneacute funkce [1]

Nastaveniacute parametrů jednotlivyacutech ochran probiacutehaacute pomociacute UMC100-PAN

31 Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute

UMC100 disponuje nastavitelnyacutem vypiacutenaacuteniacutem při tepelneacutem přetiacuteženiacute podle třiacuted 5E 10E 20E

30E a 40E viz Obr 31 Tyto třiacutedy uvaacutedějiacute poměr mezi aktuaacutelniacutem prochaacutezejiacuteciacutem proudem

motorem I a jmenovityacutem proudem motoru In uvedenyacutem na štiacutetku v zaacutevislosti na maximaacutelniacute době

rozběhu t

Třiacuteda 5E 10E 20E 30E 40E

t [s] 15 3 6 3 12

Tab 32 Třiacutedy přetiacuteženiacute a čas odpojeniacute

Lze hovořit o dvou typech rozběhu motoru

1 normaacutelniacute rozběh - do 10s

2 těžkyacute rozběh - viacutece jak 10s

Při rozběhu zatiacuteženeacuteho motoru se otaacutečky zvyšujiacute z nuloveacute hodnoty na jmenovitou přičemž

dochaacuteziacute k naacuterůstu proudu až na několikanaacutesobek jeho jmenoviteacute hodnoty Zpravidla u většiacutech

motorů byacutevaacute naacuterůst až 10In tudiacutež v tento bdquokritickyacuteldquo okamžik nesmiacute vybavit ochrana na tepelneacute

přetiacuteženiacute Rozběh motoru pro UMC končiacute při poklesu proudu I na hodnotu 135 proudu

jmenoviteacuteho In nebo při dosaženiacute jmenovityacutech otaacuteček nn Udaacutevaneacute časy představuje Tab 32

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 32

311 Určeniacute teploty vinutiacute a vypiacutenaciacute třiacutedy

Podle způsobu určeniacute teploty vinutiacute motoru se ochrany rozlišujiacute na proudově nezaacutevisleacute a

proudově zaacutevisleacute

Proudově nezaacutevisleacute ochrany měřiacute přiacutemo teplotu ve vinutiacute motoru pomociacute vhodneacuteho čidla

teploty zpravidla termistoru Tiacutemto způsobem lze zjistit nedovoleneacute otepleniacute způsobeneacute např

poruchou cirkulace vzduchu kterou proudově zaacutevislaacute ochrana neniacute schopna vyhodnotit

Proudově zaacutevisleacute ochrany vyhodnocujiacute teplotu vinutiacute motoru nepřiacutemo a to prostřednictviacutem

vyacutepočtoveacuteho modelu z provozniacuteho proudu motoru Zvyacutešeniacute provozniacuteho proudu motoru maacute za

naacutesledek otepleniacute ktereacute vede trvaacute-li delšiacute dobu k poškozeniacute nebo zničeniacute motoru Ochrana při

tepelneacutem přetiacuteženiacute ndash TOL chraacuteniacute motor před přehřaacutetiacutem Tepelnyacute model je vypočiacutetaacutevaacuten za chodu i

v klidu motoru a z těchto stavů se pak zjistiacute tepelnaacute kapacita Znalost teacuteto hodnoty vede

k maximalizaci produktivity Funkčnost tepleneacuteho modelu je v souladu s normou

Při použitiacute motoru pro cyklickeacute operace dochaacuteziacute ke schodoviteacutemu zvyšovaacuteniacute teploty motoru Je

zapotřebiacute volit spraacutevnyacute čas intervalu mezi cykly aby nedochaacutezelo k přehřaacutetiacute a zbytečneacutemu

poškozeniacute izolace vinutiacute motoru

Funkce Thermal load (tzv tepelnaacute zaacutetěž) hliacutedaacute poměr aktuaacutelniacuteho prochaacutezejiacuteciacuteho proudu I a

jmenoviteacuteho proudu In motoru Jakmile poměr IIn přesaacutehne 100 začiacutenaacute odpočet TTT a motor

bude odpojen po uplynutiacute nastaveneacute periody Možnost opětovneacuteho spuštěniacute přetiacuteženeacuteho motoru

proběhne po jeho vychladnutiacute To je možneacute nastavit dvěma způsoby [1]

1 Ručně nastavenou periodou během ktereacute je motor blokovaacuten proti spuštěniacute

(ovlivňovaacuteno velikostiacute motoru teplotou prostřediacute kde je motor použit zda je vybaven

ventilaacutetorem či neniacute apod)

2 Nastaveniacutem procentuaacutelniacute hodnoty tepelneacute kapacity do ktereacute nebude moci obsluha

motor spustit (při nastaveniacute 50 nedojde k odblokovaacuteniacute ochrany pokud neklesne

tepelnaacute kapacita pod zadanou hodnotu)

Určeniacute vypiacutenaciacute třiacutedy je představeno na naacutesledujiacuteciacutem přiacutekladu

Maacuteme-li trojfaacutezovyacute asynchronniacute motor o vyacutekonu 22kW poměr IIn = 5 a maximaacutelniacute dobu

rozběhu to = 10s Z přiloženeacuteho grafu vypiacutenaciacutech třiacuted pro studenyacute motor určiacuteme požadovanou

třiacutedu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 33

Obr 31 Vypiacutenaciacute třiacutedy pro UMC100-FBP[1]

Z vyacutesledku je patrneacute že motor budeme vypiacutenat proti přetiacuteženiacute podle třiacutedy 5E jelikož křivka

pro 5E je pod maximaacutelniacute dobou rozběhu to = 10s Pokud by došlo ke zvoleniacute např třiacutedy 10E

hrozilo by poškozeniacute motoru jelikož by na motor působilo přetiacuteženiacute delšiacute dobu než je tomu

dovoleno [10]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 34

32 Ochrana při zablokovaneacutem rotoru

V okamžiku připojeniacute motoru na napaacutejeciacute siacuteť se rotor neotaacutečiacute (n = 0 s = 1) Motor je ve

stavu nakraacutetko a jeho proud je omezen pouze ohmickyacutemi odpory a rozptylovyacutemi reaktancemi

vinutiacute Zaacuteběrnyacute proud I1z dosahuje většinou 4 až 10 x většiacutech hodnot než proud jmenovityacute In

Určit velikost tohoto proudu je možneacute ze vztahu 321

radic

kde

U1 - Vstupniacute napětiacute

R1 - Odpor primaacuterniacuteho vinutiacute

Xr1 - Reaktance statoroveacuteho vinutiacute

Xrsquor20 - Reaktance zabrzděneacuteho rotoru

Rlsquo2s - Celkovyacute činnyacute odpor rotoru

RFe - Činnyacute odpor magnetickeacuteho obvodu

Xm - Reaktance magnetickeacuteho obvodu

I1z - Zaacuteběrnyacute proud

Obr 32 Obvodovyacute model asynchronniacuteho motoru pro jednu faacutezi statoroveacuteho vinutiacute ndash nakraacutetko

Velkyacute zatěžovaciacute moment Mz nebo mechanickaacute porucha může zapřiacutečinit zablokovaacuteniacute rotoru

Ochrannaacute funkce detekuje dlouhou počaacutetečniacute situaci kteraacute je praacutevě důsledkem zmiacuteněnyacutech přiacutečin

UMC100 tiacutemto odpojiacute motor od napaacutejeniacute čiacutemž ho ochraacuteniacute od nadměrneacuteho tepelneacuteho namaacutehaacuteniacute

V uživatelskeacutem prostřediacute je možneacute individuaacutelně nastavit jak maximaacutelniacute proud tak i čas po

ktereacutem dojde k odpojeniacute zablokovaneacuteho motoru Pro experimentaacutelniacute použitiacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy je nastavena hodnota poměru pro odpočet a naacutesledneacute odpojeniacute IIn na 300 [1] [9]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 35

33 Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute zabezpečiacute odpojeniacute motoru vyskytne-li se v obvodu většiacute

hodnota proudu než nastavenaacute jmenovitaacute In Bliacuteže tuto funkci představiacute přiloženyacute průběh Funkce

je aktivniacute až po roztočeniacute motoru v okamžiku rozběhu je neaktivniacute

Princip ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Do okamžiku T1 od zapnutiacute klesne zaacuteběrnyacute proud na hodnotu cca Ix = 135 In V časoveacutem

uacuteseku T1 až T2 dochaacuteziacute k naacuterůstu prochaacutezejiacuteciacuteho proudu motorem V okamžiku T2 překročiacute

proud hodnotu Ivar Tiacutemto okamžikem začne odpočet nastaveneacute doby zpožděniacute tvar kteraacute po

uplynutiacute sepne signalizaci varovaacuteniacute nadproudoveacuteho přetiacuteženiacute Odpočet doby tvar narůstaacute je-li

proud motorem I gt Ivar Jakmile proud I ge Iodp dochaacuteziacute k sepnutiacute čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute todp

Platiacute-li podmiacutenka I ge Iodp a dojde k načteniacute hodnoty todp UMC100 odpojiacute motor od napaacutejeniacute a tiacutem

zabraacuteniacute jeho poškozeniacute

Obr 33 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu přetiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash dosaženiacute vysokeacute proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash dosaženiacute hodnoty proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

34 Ochrana při proudoveacutem podtiacuteženiacute

Jakmile hodnota (činneacuteho) proudu klesne pod nastavenou uacuteroveň kteraacute je pro danyacute proces

typickaacute dojde v UMC100 k vybaveniacute ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a motor odpojiacute od

napaacutejeniacute Tato ochrana se předevšiacutem využiacutevaacute pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacute funkce čerpadla když detekuje

ztraacutetu jeho saacuteniacute či pro paacutesoveacute dopravniacuteky ve vyacuterobniacutech provozech Včasneacute varovaacuteniacute a odpojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 36

motoru snižuje zejmeacutena prostoje vyacuteroby Princip varovaacuteniacute a odpojeniacute je představen na

naacutesledujiacuteciacutem průběhu jak tomu bylo u ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Princip ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute zobrazeneacuteho průběhu

Po poklesu aktuaacutelniacuteho proudu v okamžiku T1 motor normaacutelně běžiacute V časoveacutem uacuteseku T1 až

T2 dochaacuteziacute k poklesu proudu pod jmenovitou hodnotu In až na nastavenou hodnotu Ivar Při

dosaženiacute teacuteto hodnoty začne odpočet varovaacuteniacute proudoveacuteho podtiacuteženiacute Nepřesaacutehne-li proud za

dobu kratšiacute než tvar mez Ivar (tzn nevzroste-li se zpět k In) dojde ke spuštěniacute signalizace

proudoveacuteho podtiacuteženiacute Při pokračujiacuteciacutem poklesu proudu jak je patrneacute v časoveacutem intervalu T2-T3

až na mez Iodp dojde k čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute Při překročeniacute nastaveneacute doby todp a za

podmiacutenky že proud I le Iodp UMC100 motor odpojiacute od napaacutejeciacute siacutetě

Obr 34 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash niacutezkaacute proudovaacute uacuteroveň kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash hodnota proudu kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

Popis funkce ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute blokoveacuteho scheacutematu

Signaacutel Istart představuje hodnotu proudu po startu motoru- log 1(tzn Signalizace motoru v

chodu) Tento signaacutel tvořiacute vstup logickeacuteho hradla AND (1) Funkci tohoto hradla znaacutezorňuje

přiloženaacute tabulka Tab 33 Druhyacute vstup signalizuje aktuaacutelniacute hodnotu proudu kteraacute motorem

proteacutekaacute Je-li proud IltIvar detekuje hradlo AND druhou logickou jedničku a hradlo vybaviacute podle

přiloženeacute tabulky Tento signaacutel z hradla aktivuje časovač zpožděniacute varovaacuteniacute Po uplynutiacute

nastaveneacuteho časoveacuteho uacuteseku signalizuje podtiacuteženiacute Dochaacuteziacute-li staacutele k poklesu proudu až do

uacuterovně kdy IltIodp pak na druheacutem logickeacutem hradle AND (2) budou na vstupu log 1 Sepne

čiacutetaacuteniacute zpožděniacute vypnutiacute a po uplynutiacute doby UMC motor vypne

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 37

Obr 35 Blokoveacute scheacutema ochrany proti proudoveacutemu podtiacuteženiacute [1]

Vstup Vyacutestup

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

Tab 33 Princip funkce logickeacuteho hradla AND

341 Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek

Při chodu asynchronniacuteho motoru odebiacuteraacute stroj ze siacutetě jalovyacute proud kteryacute je potřebnyacute pro

vytvořeniacute magnetizace hlavniacuteho magnetickeacuteho obvodu Tento tzv magnetizačniacute proud je

nezaacutevislyacute na zatiacuteženiacute stroje Uplatněniacute nalezne zejmeacutena při chodu napraacutezdno a maleacutem zatiacuteženiacute

kdy je uacutečiniacutek motoru niacutezkyacute Motor maacute tedy nejleacutepe pracovat při plneacutem zatiacuteženiacute[11]

Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek jsou důležiteacute parametry pro detekovaacuteniacute niacutezkeacute zaacutetěže nebo situace bez

zaacutetěže např uzavřenyacute ventil Pomociacute napěťoveacuteho modulu VI15x a UMC je měřeno sdruženeacute

(faacutezoveacute) napětiacute faacutezovyacute proud čili i faacutezovyacute posuv mezi proudem a napětiacutem - cos φ Pomociacute těchto

parametrů je UMC schopneacute analogicky spočiacutetat hodnotu činneacuteho přiacutekonu

radic

Poklesne-li poteacute činnyacute přiacutekon pod nastavenou procentuaacutelniacute hodnotu P (př 85 Pn) motor vypne

tj bude-li PPn le 085

Experimentaacutelniacutem měřeniacutem v raacutemci laboratorniacute uacutelohy byla pomociacute přiacutestroje Yokogawa WT1800

změřena zaacutevislost uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute motoru Z vyacutesledneacuteho grafu (Obr 37) je

patrneacute že se snižovaacuteniacutem zatiacuteženiacute rotoru klesaacute velikost uacutečiniacuteku Naměřeneacute hodnoty pro konstrukci

grafu jsou uvedeny v přiacuteloze

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 38

Obr 36 Charakteristiky asynchronniacuteho motoru při zatiacuteženiacute [11]

Obr 37 Graf zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti P2

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

01

02

03

04

05

06

07

08

09

0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000

P1 [

W]

cos

ϕ [

-]

P2 [W]

P2 P1 Q1

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 39

35 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

Princip ochrany

Je-li poměr nejnižšiacuteho proudu (Imin) a nejvyššiacuteho proudu (Imax) ve faacuteziacutech nad nastavenou

uacuterovniacute pro varovaacuteniacute sepne signalizace ztraacutety faacuteze Jakmile ovšem tento poměr překročiacute

nastavenou hodnotu pro odpojeniacute motoru sepne zpožděniacute vypnutiacute a podle nastaveneacute třiacutedy

přetiacuteženiacute motor po uplynutiacute časoveacuteho intervalu odpojiacute

Funkce faacutezoveacute nesymetrie je aktivniacute pouze tehdy je-li proud ve všech třech faacuteziacutech gt 25 In

(jmenoviteacuteho proudu) [1]

Naacutesledujiacuteciacute rovnice představuje vyacutepočet procentuaacutelniacuteho poměru proudu pro vypnutiacute motoru při

uacuteplneacute ztraacutetě faacuteze

(

)

36 Ochrana sledu faacuteziacute

Ochrana sledu faacuteziacute hliacutedaacute zejmeacutena spraacutevnyacute směr otaacutečeniacute motoru Důležiteacute pro použitiacute teacuteto

ochrany je miacutesto zapojeniacute napěťoveacuteho modulu VI15x Pokud by byl modul zapojen za stykači

nastala by chyba při reverzniacutem zapojeniacute Na stykačiacutech dochaacuteziacute zapojeniacutem k zaacuteměně dvou

faacutezovyacutech vodičů a tiacutem i změně směru otaacutečeniacute motoru UMC s pomociacute VI150 vyhodnotiacute situaci

jako chybovou a vypne motor Napěťovyacute modul se tedy zpravidla umiacutesťuje hned za hlavniacute jistiacuteciacute

prvek viz Obr 44

37 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Jedno z největšiacutech nebezpečiacute pro motor představuje ztraacuteta jedneacute napaacutejeciacute faacuteze Chod na 2

napaacutejeciacute faacuteze zatěžuje motor na tepelneacute uacutečinky proudu vlivem zvyacutešeniacute proudu ve zbylyacutech 2

faacuteziacutech UMC100 v tomto přiacutepadě vypiacutenaacute motor podle předem stanovenyacutech časovyacutech intervalů

Intervaly vypnutiacute jsou stejneacute jako pro ochranu proti proudoveacutemu přetiacuteženiacute (Tab 32) a

odpoviacutedajiacute nastaveneacute třiacutedě přetiacuteženiacute Tuto ochranu dřiacuteve zajišťovalo tepelneacute releacute ktereacute v tomto

přiacutepadě nemusiacute byacutet použito

38 PTC ochrana

381 Termistor

Termistor je polovodičovyacute nelineaacuterniacute dvojpoacutel jehož odpor se měniacute v zaacutevislosti na teplotě

prostřediacute ve ktereacutem pracuje Jeho vyacutehodou je že velmi rychle a citlivě reaguje na změnu teploty

Rozlišujeme zpravidla 2 druhy termistorů

1 NTC (Negative Temperature Coefficient) - termistor se zaacutepornyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou klesaacute jeho odpor (roste elektrickaacute vodivost a proud)

2 PTC (Positive Temperature Coefficient) ndash termistor s kladnyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou jeho odpor roste

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 40

Obr 38 Zaacutevislost odporu termistoru na teplotě

Použitiacute termistorů

NTC termistory se použiacutevajiacute zpravidla k měřeniacute teploty PTC se nejčastěji využiacutevaacute

v kuchyňskyacutech spotřebičiacutech kde je požadovaacutena konstantniacute teplota v termostatech a pro hliacutedaacuteniacute

teploty vinutiacute motorů

382 Princip PTC ochrany v UMC

Ochrana obecně spadaacute do skupiny proudově nezaacutevislyacutech ochran Pro připojeniacute PTC

termistoru sloužiacute na UMC100 svorky s označeniacutem T1 a T2 PTC zvyšuje svůj odpor s rostouciacute

teplotou proto je možneacute ho použiacutet pro hliacutedaacuteniacute teploty např vinutiacute statoru UMC je schopneacute

vyhodnotit tuto změnu odporu a vydaacute signaacutel k odpojeniacute motoru od siacutetě [7]

39 Ochrana při zemniacutem spojeniacute

Ochrana při zemniacutem spojeniacute spočiacutevaacute v ochraně motoru siacutetě a technologie při nežaacutedouciacutech

vlivech způsobenyacutech zejmeacutena staacuternutiacutem izolace a jejiacutem zhoršenyacutem izolačniacutem uacutečinkem

Naacutesledkem přetěžovaacuteniacute vedeniacute vlhkostiacute kondenzaciacute vody v elektrickeacutem zařiacutezeniacute nebo vrstvou

vodiveacuteho prachu jsou praacutevě zhoršeneacute vlastnosti izolačniacuteho materiaacutelu To vede k nechtěneacutemu

zemniacutemu spojeniacute Zemniacute spojeniacute je monitorovaacuteno pomociacute UMC spolu se zařiacutezeniacutem CEM11 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 41

DEMONSTRAČNIacute PŘIacutePRAVEK 4

41 Naacutevrh přiacutepravku

Pro demonstraci UMC100 a dalšiacutech prvků řady produktů od společnosti ABB sro byl

navržen přiacutepravek pomociacute software AutoCAD a Inventor Professional kteryacute byl poteacute zrealizovaacuten

a oživen Nosnaacute konstrukce (Obr 41) je vyrobena z jӓckelu o rozměru 25x25mm

Obr 41 Nosnaacute konstrukce

Čelniacute panel tvořiacute plech s rozměry 500x400mm a tloušťky 2mm Plech je osazen

rozvaděčovyacutemi kanaacutely 25x60mm a všemi potřebnyacutemi komponentami pro realizaci zapojeniacute

Vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho panelu s otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky a ovlaacutedaciacute tlačiacutetka motoru je na

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

Seznam použityacutech komponent Vyacuterobce

3-poacutelovyacute jistič C16 OEZ

Pojistkoveacute pouzdro RSP 4 Elektro Bečov

Komunikačniacute modul MTQ22-FBP ABB

Motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP ABB

Napěťovyacute modul VI150-FBP ABB

Rozšiřovaciacute modul DX122-FBP ABB

Ministykač LC1K09(LC1K12) Schneider Electric

Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A ABB

Rozvaděčovyacute kanaacutel 25x60mm KOPOS

Přiacutestrojoveacute zdiacuteřky 4mm do panelu AMASS

Tlačiacutetka do panelu 250V1A JIETONG

Tab 41 Seznam použityacutech komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 42

Pro konstrukci je důležiteacute aby navrženyacute panel rozměrově odpoviacutedal všem potřebnyacutem přiacutestrojům

a modulům Pro tuto přiacuteležitost je pomociacute software AutoCAD vytvořen vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho

panelu Obr 43 kteryacute je konstruovaacuten

Navrženyacute nosnyacute plech tloušťky 2mm na ktereacutem jsou umiacutestěny veškereacute komponenty Obr 42

Ve vrchniacute polovině plechu jsou vyvrtaacuteny otvory o průměru 4mm sloužiacuteciacute pro uchyceniacute

rozvaděčoveacuteho kanaacutelu a DIN lišty Ve středniacute čaacutesti plechu jsou 4 průvlečneacute otvory určeneacute k

průchodu vodičů ze zadniacute čaacutesti plechu (od napaacutejeciacutech svorek) do rozvaděčoveacuteho kanaacutelu na straně

předniacute Pro tuto potřebu jsou stejneacute otvory vyvrtaacuteny takeacute do dna kanaacutelu Ve spodniacute čaacutesti jsou

otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky pomociacute kteryacutech je zajištěno napaacutejeniacute panelu a poteacute napaacutejeniacute motoru

a 3 otvory na ovlaacutedaciacute tlačiacutetka k zajištěniacute ovlaacutedaacuteniacute motoru Uchyceniacute plechu k nosneacute konstrukci

je provedeno samořeznyacutemi šroubky M5 v roziacutech plechu

Obr 42 Naacutevrh plechu panelu

Vyacutekres plechu s udaacuteniacutem koacutet je obsažen v přiacuteloze praacutece viz Obr 01

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 43

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 44

42 Scheacutema zapojeniacute přiacutepravku

Demonstračniacute panel je uzpůsoben pro reverzniacute chod trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 44 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho přiacutepravku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 45

43 Vyacuteslednyacute přiacutepravek

Vyacuteslednyacute osazenyacute a zapojenyacute přiacutepravek určenyacute pro laboratorniacute uacutelohu doplněnyacute vhodnyacutemi

štiacutetky pro ovlaacutedaacuteniacute a zapojeniacute napaacutejeciacute siacutetě (VSTUP) a motoru (VYacuteSTUP)

Obr 45 Demonstračniacute přiacutepravek

Zadniacute čaacutest panelu s izolovaacuteniacutem konektorů FASTON pomociacute teplem smrštitelneacute bužiacuterky před

nebezpečnyacutem dotykem živeacute čaacutesti

Obr 46 Zadniacute pohled

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 46

44 Demonstračniacute kufr pro ABB

Pro společnost ABB sro byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 prezentujiacuteciacute

jeho možnosti Zaacutekladniacutem požadavkem naacutevrhu bylo řešeniacute pomociacute jednofaacutezoveacuteho napaacutejeniacute

Jelikož UMC100 je uzpůsobeno pro chod trojfaacutezovyacutech motorů je použit frekvenčniacute měnič

ACS50 kteryacute nabiacuteziacute při napaacutejeniacute pomociacute jednofaacutezoveacute siacutetě na sveacutem vyacutestupu napětiacute 3x230V50Hz

Pro digitaacutelniacute vstupy UMC100 a rozšiřovaciacuteho modulu DX111 je navrženo použitiacute dvoupoacutelovyacutech

paacutečkovyacutech přepiacutenačů s funkciacute (ON)-OFF-ON s napětiacutem 24V DC K signalizaci aktivniacutech vstupů

a vyacutestupů je navrženo použitiacute zelenyacutech signaacutelek Ovlaacutedaciacute panel kufru obsahuje spiacutenače pro

simulaci ztraacutety napaacutejeciacute faacuteze motoru potenciometr k simulaci faacutezoveacute nesymetrie daacutele červenou

signaacutelku pro signalizaci poruchovyacutech stavů a žlutou pro chod motoru Všechny přepiacutenače a

signaacutelky jsou přiacutestupneacute uživateli prostřednictviacutem navrženeacuteho ovlaacutedaciacuteho panelu kteryacute současně

posloužiacute jako kryt kufru (Obr 02) Jelikož pro přenosnyacute kufr neniacute nejvhodnějšiacute použitiacute

asynchronniacuteho motoru je proto použit 6-poacutelovyacute synchronniacute motor s přiacutekonem 23VA

vyacutestupniacutem vyacutekonem 105W a jmenovityacutem proudem 100mA

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 47

Obr 47 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho kufru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 48

SIMULACE OCHRAN 5Kapitola obsahuje soupis simulaciacute ochran ktereacute jsou demonstrovaacuteny v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jež se zabyacutevaacute problematikou UMC100 Z širokeacute škaacutely ochran jsou vybraacuteny 4 situace ktereacute

se v průmyslu často vyskytujiacute

51 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

K nasimulovaacuteniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii je použit posuvnyacute potenciometr kteryacute je

připojen na svorky (12) Pomociacute potenciometru bude snižovaacutena velikost napětiacute na přiacutevodniacute faacutezi

do motoru (L1) Pro demonstraci ochrany je použit napěťovyacute modul VI150 spolu s UMC100 Na

svorky modulu označeneacute (L1L2 a L3) jsou přivedeny faacuteze v uvedeneacutem sledu Při zvyšovaacuteniacute

odporu rezistoru ve faacutezi dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute napětiacute na přiacutevodniacute svorce (L1) vlivem rostouciacuteho

uacutebytku napětiacute na daneacutem rezistoru Je-li napěťovyacute modul propojen vodičem s UMC a je-li spraacutevně

nastaven UMC vyhodnotiacute po určiteacutem poklesu napětiacute a naacuterůstu proudu ve zbylyacutech dvou faacuteziacutech

(L2 a L3) jako chybovou a vybaviacute Nejprve bude vybaveno varovaacuteniacute a poteacute dojde k odpojeniacute

motoru

52 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze je motor vystaven vysokeacutemu riziku což většinou vede k jeho

zničeniacute Demonstrace ochrany proběhne uacuteplnyacutem odpojeniacutem napaacutejeciacute faacuteze L2 Pro vybaveniacute

ochrany neniacute zapotřebiacute aby byl motor v chodu neboť použitiacute napěťoveacuteho modulu VI150

detekuje nepřiacutetomnost napětiacute faacuteze a vybaviacute Při chodu motoru ochrana vybaviacute od 15s pro třiacutedu

5E a do 12s pro 40E podle nastaveneacute třiacutedy přetiacuteženiacute viz Tab 32 Princip funkce při chodu

motoru spočiacutevaacute v porovnaacuteniacute nejvyššiacute a nejnižšiacute naměřeneacute hodnoty faacutezoveacuteho proudu s

nastavenyacutemi uacuterovněmi Vyacutehodou je že signalizuje varovaacuteniacute ještě před samotnyacutem spuštěniacutem

motoru kdy může nastat stav že je přepaacutelena pojistka a obsluha toto nezaznamenala Mimo

přepaacuteleneacute pojistky se může takeacute jednat o uvolněnyacute nebo opotřebenyacute kontakt

53 Ochrana sledu faacuteziacute

Pro spraacutevnyacute chod motoru a diagnostiku pomociacute kontroleacuteru s použitiacutem napěťoveacuteho modulu je

zapotřebiacute dodržet sled faacuteziacute tzn Faacutezovyacute vodič L1rarrsvorka L1 L2 rarrsvorka L3 a L3rarrsvorka L3

Při zaacuteměně některyacutech faacutezovyacutech vodičů neprodleně vybaviacute ochrana sledu faacuteziacute a neniacute dovoleno

spuštěniacute motoru do okamžiku dokud neniacute obsluhou tento probleacutem vyřešen

54 PTC ochrana

Pro vyhodnocovaacuteniacute teploty vinutiacute statoru motoru sloužiacute termistor PTC Při zvyacutešeniacute teploty

nastaacutevaacute zvyacutešeniacute odporu termistoru (viz Obr 38) a motor odpojiacute Udaacutevanaacute odezva UMC na

změnu odporu je v rozmeziacute R = 34-38kΩ

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 49

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany

Z důvodu ochrany motoru neniacute vhodneacute vystavovat motor zvyacutešeneacute teplotě pro nastiacuteněniacute funkce

PTC ochrany Pro tento uacutečel posloužiacute zhotovenyacute box osazenyacute lineaacuterniacutem potenciometrem

s hodnotou odporu 25kΩ jemuž jsou předřazeny odpory 1kΩ a 330Ω

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 50

LABORATORNIacute UacuteLOHA 6

61 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100

Uacutekolem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute řiacutediacuteciacute a kontrolniacute jednotkou pro

provoz trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru UMC100

Motorovyacute kontroleacuter nabiacuteziacute 3 releacuteoveacute vyacutestupy Tyto vyacutestupy jsou připojitelneacute na napětiacute 230V AC s

maximaacutelniacutem proudem 1A Releacuteoveacute vyacutestupy sloužiacute zejmeacutena pro připojeniacute budiacuteciacutech ciacutevek stykačů

Hlavniacute vstupy jsou tvořeny seacuteriiacute svorek jež je umiacutestěnaacute ve spodniacute čaacutesti kontroleacuteru Svorky nesou

označeniacute (DI0 DI1 hellip DI5) Tyto digitaacutelniacute vstupy pracujiacute s napětiacutem 24V DC a sloužiacute pro

připojeniacute ovlaacutedaciacutech tlačiacutetek jako start motoru stop motoru reverzaci rozběh hvězda-trojuacutehelniacutek

nebo např použitiacute vstupu pro koncovyacute spiacutenač pro připojeniacute pomocnyacutech kontaktů stykačů či

funkci aktuaacutetor kdy je ovlaacutedaacuten pohon ventilu Vše podle nastaveniacute uživatele a pracovniacuteho

procesu Vedle hlavniacutech vstupniacutech kontaktů se nachaacuteziacute takeacute jeden vyacutestupniacute s označeniacutem (DO3)

Tento digitaacutelniacute vyacutestup lze využiacutet k připojeniacute 24V DC signalizačniacute kontrolky pro chybovaacute hlaacutešeniacute

modulu UMC100 nabiacuteziacute integrovanyacute vstup pro připojeniacute PTC termistoru Diacuteky PTC jsme

schopni hliacutedat teplotu statoroveacuteho vinutiacute a předejiacutet tiacutem zaacutevažneacutemu poškozeniacute motoru

Hlavniacute obvod

Měřeniacute proudu faacutezovyacutemi vodiči je řešeno pomociacute 3 průvlečnyacutech ok integrovanyacutech v modulu

Tato průvlečnaacute oka jsou měřiacuteciacutemi transformaacutetory proudu navinutyacutemi na toroidniacutem jaacutedře Diacuteky

těmto transformaacutetorům je kontroleacuter schopnyacute měřit proud v rozsahu 024 až 63A Pro vyššiacute

hodnoty proudů až 850A se použiacutevaacute externiacute proudovyacute transformaacutetor

Možnost rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru

UMC se v průmyslovyacutech aplikaciacutech nejčastěji použiacutevaacute s využitiacutem napěťoveacuteho a rozšiřovaciacuteho

(vstupně-vyacutestupniacuteho) modulu Pro laboratorniacute uacutelohu je použit napěťovyacute modul VI150 a

rozšiřovaciacute modul DX122 jenž jsou připojeny k UMC pomociacute UMCIO-CAB přes svorky

s označeniacutem Ca a Cb

Napěťovyacute modul VI150

K demonstraci kontroleacuteru je použit modul s označeniacutem VI150 Zařiacutezeniacute disponuje konektory pro

připojeniacute faacutezovyacutech vodičů (L1 L2 a L3) a je schopneacute měřit hodnotu sdruženeacuteho napětiacute siacutetě

S naměřenyacutemi hodnotami faacutezoveacuteho proudu pomociacute UMC dostaacutevaacuteme takeacute hodnotu faacutezoveacuteho

posuvu mezi napětiacutem a proudem tedy uacutečiniacuteku cos φ Z těchto naměřenyacutech parametrů vypočiacutetaacute

řiacutediacuteciacute jednotka kontroleacuteru činnyacute přiacutekon Ovšem pro spraacutevnou detekci napětiacute je nutneacute dodržet

zapojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 51

Vstupně-vyacutestupniacute modul DX122

Modul umožňuje rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru o dalšiacutech 8 digitaacutelniacutech vstupů na napětiacute 110-230V AC 4

releacuteoveacute vyacutestupy a 1 analogovyacute vyacutestup Pomociacute programu ABB Asset Vision Basic je možneacute

přiacutemeacute přiřazeniacute parametrů a programovaacuteniacute UMC100 a takeacute všech zařiacutezeniacute kteraacute jsou vybavena

DTM (Device Type Manager)- naacutestroj pro konfiguraci a spraacutevu zařiacutezeniacute

Komunikačniacute modul MTQ22

O komunikaci mezi UMC a PC se staraacute modul MTQ22 V software vytvořeneacutem pomociacute

vyacutevojoveacuteho prostřediacute LabVIEW lze sledovat aktuaacutelniacute měřeneacute veličiny zobrazenaacute varovaacuteniacute

poruchovyacutech stavů informace o stavu vstupů a vyacutestupů apod

Napaacutejeciacute zdroj

Napaacutejeniacute modulů zajišťuje zdroj CP-D 2413A s regulaciacute vyacutestupniacuteho napětiacute Regulace je možnaacute

v rozpětiacute 24-28V DC Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute zdroje je umožněna z důvodu požadavku

přesneacuteho napětiacute 24V DC Vlivem zatiacuteženiacute (napaacutejeniacute UMC VI a DX) vyacutestupniacute napětiacute zdroje klesaacute

podle zatěžovaciacute charakteristiky přiacuteslušneacuteho zdroje CP-D sloužiacute takeacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacutech

vstupů UMC

Ochranneacute funkce

UMC nenabiacuteziacute pouze možnost měřeniacute faacutezoveacuteho proudu ale takeacute řadu ochran při poruchovyacutech

stavech provozu Nejčastěji v praxi využiacutevanaacute ochrana je ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute kteraacute

je doprovaacutezena varovnou signalizaciacute nastaacutevajiacuteciacute poruchy

Ochrana motoru při proudoveacutem podtiacuteženiacute pracuje na obdobneacutem principu jako předchoziacute ochrana

Kontroleacuter monitoruje hladinu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu Při jeho poklesu pod nastavenou

uacuteroveň maximaacutelniacuteho dovoleneacuteho poklesu (udaacutevaneacute relativně v k jmenoviteacutemu In) dochaacuteziacute k

signalizaci chyby a odpojeniacute motoru od siacutetě

PTC ochrana spočiacutevaacute v hliacutedaacuteniacute teploty statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru pomociacute PTC

termistoru V našem přiacutepadě je použito lineaacuterniacuteho potenciometru kdy se zvyšujiacuteciacutem se odporem

potenciometru simulujeme zvyšujiacuteciacute se teplotu statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru

Při ztraacutetě některeacute napaacutejeciacute faacuteze motoru dochaacuteziacute k okamžiteacutemu blokovaacuteniacute startu motoru

Ochrana sledu faacuteziacute zajistiacute spraacutevneacute zapojeniacute vodičů L1 L2 a L3 ktereacute je slučitelneacute s nastaveniacutem v

UMC

Vlivem přerušovaneacuteho provozu např S3 kdy nedochaacuteziacute v době klidu a odpojeniacute motoru k

poklesu teploty na teplotu okoliacute může vybavit Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute - Thermal

Overload Protection (TOL)

Zablokovaniacute rotoru byacutevaacute způsobeno přiacuteliš vysokyacutem zaacutetěžnyacutem momentem Mz na hřiacutedeli motoru

nebo mechanickou poruchou Kontroleacuter je při startu schopen detekovat tento stav

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 52

62 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute uacutelohy a scheacutema zapojeniacute panelu

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 53

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 54

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha

Štiacutetek použiteacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 64 Štiacutetek motoru

63 Popis scheacutematu zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

Na vstupniacute svorky s označeniacutem VSTUP (L1 L2 L3 N PE) jsou přivedeny přiacuteslušneacute vodiče

z pracovniacuteho stolu Hlavniacute 16A jistič s vypiacutenaciacute charakteristikou typu C sloužiacute pro jištěniacute siloveacute

čaacutesti obvodu Pro jištěniacute napaacutejeciacuteho zdroje CP-D sloužiacute tavnaacute pojistka 2T250V Napěťoveacute

vstupy na modul VI150 jsou jištěny tavnou pojistkou F125250V Posuvnyacute potenciometr

umiacutestěnyacute na faacutezoveacutem vodiči L1 sloužiacute k demonstraci ochrany při faacutezoveacute nesymetrii

Komunikačniacute modul MTQ22 zajišťuje komunikaci mezi UMC a PC kdy prostřednictviacutem

Ethernetoveacute siacutetě jsme schopni čiacutest měřeneacute veličiny

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 55

64 Pracovniacute postup

1 Seznamte se s kontroleacuterem UMC100 a ostatniacutemi komponenty použityacutemi pro laboratorniacute

uacutelohu a se scheacutematem zapojeniacute uacutelohy

2 Připojte elektromotor a vstupniacute svorky na přiacuteslušneacute zdiacuteřky Před připojeniacutem vyacutekonoveacuteho

potenciometru ověřte měřeniacutem jeho minimaacutelniacute a maximaacutelniacute hodnotu odporu a

poznamenejte si je

3 Připojte potenciometr na určeneacute zdiacuteřky označeneacute čiacutesly 1 a 2 a nastavte hodnotu odporu

4 Po kontrole zapojeniacute vyučujiacuteciacutem zapněte pracoviště a nastavte autotransformaacutetor na 100

vyacutestupniacuteho napětiacute Zapněte hlavniacute jistič Kontrola a nastaveniacute komunikace mezi UMC

DX a VI

Nastaveniacute Komunikace se provede přes LCD displej naacutesledujiacuteciacutem způsobem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on

5 Stiskem tlačiacutetka VPŘED nebo VZAD na panelu uvedeme motor do chodu Pro přechod

z jednoho směru do druheacuteho je nutneacute nejprve zastavit motor tlačiacutetkem STOP Při

zastaveniacute je kontroleacuterem motor blokovaacuten po dobu 3s před dalšiacutem spuštěniacutem z důvodu

doběhu motoru Pohybem tlačiacutetek nahoru dolů pomociacute LCD v hlavniacute nabiacutedce - UMC -

můžeme sledovat aktuaacutelniacute proud motoru sdruženeacute napětiacute odebiacuteranyacute přiacutekon ze siacutetě

uacutečiniacutekhellip

6 Při provaacuteděniacute uacutelohy na brzdě (dynamometru) ověřte funkci ochrany při zablokovaacuteniacute

rotoru funkci ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a proudoveacutem přetiacuteženiacute

7 Při vybaveniacute každeacute z ochran zaznamenejte hodnotu kdy vypnula Před novyacutem startem je

důležiteacute přečiacutest zaacuteznam důvodu poruchy a proveacutest reset na panelu UMC100-PAN jinak je

START blokovaacuten

65 Měřeniacute

OCHRANA PŘED PŘEHŘAacuteTIacuteM MOTORU

Potenciometrem označenyacutem PTC je zvyšovaacutena hodnotu odporu do okamžiku kdy dojde

k odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě zapůsobeniacutem PTC ochrany Hodnota odporu potenciometru

při vybaveniacute ochrany je určena měřeniacutem na 341kΩ Odpoviacutedajiacuteciacute hodnotu teploty motoru

odečteme z grafu a hodnoty odporu potenciometru při vypnutiacute

Do tabulky zapište změřenou hodnotu odporu potenciometru při vypnutiacute Při teacuteto hodnotě odporu

odečtěte teplotu motoru z grafu Ziacuteskanou teplotu porovnejte s vypočtenou teplotou motoru

Tabulka naměřenyacutech a vypočtenyacutech hodnot

R ϑg R0 ϑ

[Ω] [degC] [Ω] [degC]

3410 136 1320 13626

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 56

Vyacutepočet vychaacuteziacute ze vztahu pro zaacutevislost elektrickeacuteho odporu vodiče na teplotě

(651)

kde

(652)

Po uacutepravě pak

α - teplotniacute součinitel elektrickeacuteho odporu (K-1

) (α = 001162 K-1

)

R0 - odpor potenciometru v zaacutekladniacute poloze

R - odpor potenciometru při vybaveniacute ochrany

ϑg - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute odečtenaacute z grafu

ϑ - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute ndash vypočtenaacute

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

R [

Ω]

ϑ [degC]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 57

Vinutiacute motoru je izolovaacuteno izolaciacute třiacutedy F (155)

Třiacuteda izolace A E B F H

Okolniacute teplota [degC] 40 40 40 40 40

Povolenyacute naacuterůst teploty [degC] 60 75 80 105 125

Teplotniacute rezerva 5 5 10 10 15

Konečnaacute teplota 105 120 130 155 180

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru [12]

OCHRANA PŘED NESPRAacuteVNYacuteM SLEDEM FAacuteZIacute

Nedodrženiacutem sledu napaacutejeciacutech faacutezovyacutech vodičů (zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů svorek L2 a L3)

jak je nastaveno v UMC provaacutediacute napěťovyacute modul blokaci startu motoru V tomto přiacutepadě

vybavuje neprodleně ochrana sledu faacuteziacute ndashPhase sequence Funkci zaznamenejte do protokolu

OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII

Zvyšovaacuteniacutem odporu vyacutekonoveacuteho potenciometru zapojeneacuteho ve faacutezi L1 (viz scheacutema zapojeniacute

uacutelohy) dochaacuteziacute k simulaci faacutezoveacute nesymetrie siacutetě Motor je odpojen v okamžiku kdy poklesne

hodnota sdruženeacuteho napětiacute mezi faacutezemi L3 a L1 přibližně na hodnotu Us = 380V Velikost

odporu při vybaveniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii činiacute 101Ω Hodnotu nesymetrie zaznamenejte

do protokolu

OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE

Ztraacuteta faacuteze se realizuje pomociacute spiacutenače v pracovniacutem stole kdy odpojiacuteme napaacutejeciacute faacutezi Změřte

čas od odpojeniacute faacuteze L2 do vybaveniacute ochrany při ztraacutetě faacuteze a poznamenejte do protokolu

66 Demonstrace ochran při použitiacute dynamometru

OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU

K testu ochrany při zablokovaacuteniacute rotoru posloužiacute dynamometr jehož hřiacutedel je spojenaacute se hřiacutedeliacute

asynchronniacuteho motoru pomociacute spojky Hřiacutedel dynamometru je poteacute mechanicky zablokovaacutena

Stiskem přiacuteslušneacuteho tlačiacutetka je proveden start motoru a sledovaacuten proud při odpojeniacute motoru od

siacutetě a čas odpojeniacute Proud při vybaveniacute ochrany při mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru dosaacutehl

hodnoty 1978A což odpoviacutedaacute 582In

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute ndash (High current protection)

Pro simulaci proudoveacuteho přetiacuteženiacute maacuteme nastavenou hodnotu odebiacuteraneacuteho proudu na 130 pro

odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě Snižovaacuteniacutem jmenovityacutech otaacuteček motoru pomociacute dynamometru

(bržděniacutem tzn n rarr 0) dochaacuteziacute k naacuterůstu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu I Odpojeniacute nastalo při

odebiacuteraneacutem proudu 447A Nastaveneacute hodnotě (13In ) naacuteležiacute proud 442A Tiacutem lze konstatovat

že vyacutesledek měřeniacute je srovnatelnyacute s hodnotami uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute

Stav proudoveacuteho podtiacuteženiacute nedostatečneacuteho proudoveacuteho zatiacuteženiacute použiacutevanyacute zejmeacutena u čerpadel

je simulovaacuten pomociacute dynamometru kdy je nastavenaacute hodnota poklesu aktuaacutelniacuteho proudu na

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 58

085In a čas odpojeniacute od siacutetě na 10s Po roztočeniacute a zatiacuteženiacute motoru na hodnotu jmenoviteacuteho

proudu jsou pomociacute dynamometru zvyšovaacuteny otaacutečky motoru n Tento proces maacute za naacutesledek

snižovaacuteniacute aktuaacutelniacuteho proteacutekaneacuteho proudu I kdy motor ztraacuteciacute zatiacuteženiacute Nastaveneacute hodnotě

podtiacuteženiacute odpoviacutedaacute aktuaacutelniacute proud 289A Při dosaženiacute teacuteto uacuterovně je spuštěn odpočet a motor za

10s odpojen

67 Vyhodnoceniacute a zaacutevěr

Vyacutesledkem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute technologiiacute pro diagnostiku

veličin při chodu trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru Při demonstračniacute simulaci ochran byly

dosaženy naacutesledujiacuteciacute vyacutesledky PTC ochrana vybavuje při hodnotě odporu 341kΩ Tato hodnota

odpoviacutedaacute teplotě ϑg = 136degC odečteneacute z grafu Vypočtenaacute teplota ϑ = 13626degC Vyacuterobce uvaacutediacute

zapůsobeniacute ochrany při hodnotě odporu v rozsahu 34-38kΩ Zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů L2 a

L3 proběhla okamžitaacute blokace spuštěniacute motoru Faacutezovaacute nesymetrie vybavila při poklesu napětiacute o

5 Ztraacutetou napaacutejeciacute faacuteze proběhlo odpojeniacute motoru v čase t = 15s Čas odpojeniacute odpoviacutedaacute třiacutedě

přetiacuteženiacute 5E kteraacute je nastavena

Při testu za použitiacute dynamometru bylo zjištěno že při zablokovaneacutem rotoru motoru zapůsobil

kontroleacuter při nastaveneacutem přetiacuteženiacute 3In Teacuteto hodnotě naacuteležiacute proud 102A Jelikož je nastavena

třiacuteda přetiacuteženiacute 5E ktereacute naacuteležiacute interval 15s a poteacute odpojeniacute motoru tak během tohoto okamžiku

vzrostla hodnota proudu na 1978A což odpoviacutedaacute 582In Při proudoveacutem přetiacuteženiacute odpoviacutedaly

vyacutesledky měřeniacute nastaveneacute hodnotě přetiacuteženiacute 13In Ve stavu proudoveacuteho podtiacuteženiacute zapůsobila

ochrana spraacutevně dle nastaveneacuteho poklesu proudu na 085In

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 2: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

VYSOKEacute UČENIacute TECHNICKEacute V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČNIacuteCH TECHNOLOGIIacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

FACULTY OF ELECTRICAL ENGINEERING AND COMMUNICATION DEPARTMENT OF POWER ELECTRICAL AND ELECTRONIC

ENGINEERING

ŠKOLIacuteCIacute PŘIacutePRAVEK PRO MOTOROVYacute

KONTROLEacuteR UMC100

MOTOR CONTROLLER UMC100 TRAINING DEVICE

BAKALAacuteŘSKAacute PRAacuteCE BACHELORlsquoS THESIS

AUTOR PRAacuteCE MARTIN JANAacuteČEK AUTHOR

VEDOUCIacute PRAacuteCE Ing PETR DOHNAL PhD SUPERVISOR

BRNO 2014

Abstrakt

Bakalaacuteřskaacute praacutece pojednaacutevaacute o motoroveacutem kontroleacuteru UMC100-FBP společnosti ABB sro

kdy jsou představeny možnosti využitiacute teacuteto technologie pro chod trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho

motoru Pro demonstraci je navržena vyrobena a zprovozněna laboratorniacute uacuteloha představujiacuteciacute

v praxi zaacutevažneacute poruchoveacute stavy motoru Konstrukčniacute naacutevrh spolu s elektrickyacutem scheacutematem

jsou provedeny pomociacute softwaru AutoCAD a Inventor Professional

Abstract

Bachelorrsquos thesis conserning motor controller UMC100-FBP by ABB sro shows usage

possibilities of this technology for 3-phase asynchronous motor For demonstration was

laboratory task designed and developed It shows serious defective states of motor in practice

Construction plan and electrical diagram were made in AutoCAD and Inventor Professional

Kliacutečovaacute slova

Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter napěťovyacute modul rozšiřovaciacute modul ovlaacutedaciacute panel

asynchronniacute motor

Keywords

Universal Motor Controller voltage module expansion module control panel asynchronous

motor

Bibliografickaacute citace

JANAacuteČEK M Školiacuteciacute přiacutepravek pro motorovyacute kontroleacuter UMC100 Brno Vysokeacute učeniacute

technickeacute v Brně Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute 2014 63 s Vedouciacute

bakalaacuteřskeacute praacutece Ing Petr Dohnal PhD

Prohlaacutešeniacute

Prohlašuji že svou bakalaacuteřskou praacuteci na teacutema Školiacuteciacute přiacutepravek pro motorovyacute kontroleacuter

UMC100 jsem vypracoval samostatně pod vedeniacutem vedouciacuteho bakalaacuteřskeacute praacutece a s použitiacutem

odborneacute literatury a dalšiacutech informačniacutech zdrojů ktereacute jsou všechny citovaacuteny v praacuteci a uvedeny

v seznamu literatury na konci praacutece

Jako autor uvedeneacute bakalaacuteřskeacute praacutece daacutele prohlašuji že v souvislosti s vytvořeniacutem teacuteto

bakalaacuteřskeacute praacutece jsem neporušil autorskaacute praacuteva třetiacutech osob zejmeacutena jsem nezasaacutehl

nedovolenyacutem způsobem do ciziacutech autorskyacutech praacutev osobnostniacutech a jsem si plně vědom naacutesledků

porušeniacute ustanoveniacute sect 11 a naacutesledujiacuteciacutech autorskeacuteho zaacutekona č 1212000 Sb včetně možnyacutech

trestněpraacutevniacutech důsledků vyplyacutevajiacuteciacutech z ustanoveniacute sect 152 trestniacuteho zaacutekona č 1401961 Sb

V Brně dne helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Podpis autora helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Poděkovaacuteniacute

Děkuji vedouciacutemu bakalaacuteřskeacute praacutece Ing Petru Dohnalovi PhD za uacutečinnou metodickou

pedagogickou a odbornou pomoc a dalšiacute cenneacute rady při zpracovaacuteniacute meacute bakalaacuteřskeacute praacutece Dalšiacute

poděkovaacuteniacute směřuji k Ing Rostislavu Huzliacutekovi za odbornou pomoc při řešeniacute v oblasti

elektrickyacutech pohonů a Ing Vladimiacuteru Horychovi ze společnosti ABB sro za poskytnuteacute

podklady a odborneacute rady

V Brně dne helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Podpis autora helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 7

OBSAH

SEZNAM OBRAacuteZKŮ 9

SEZNAM TABULEK 11

SEZNAM SYMBOLŮ A ZKRATEK 12

UacuteVOD 14

MOTOROVYacute KONTROLEacuteR 15 1

11 UNIVERZAacuteLNIacute MOTOROVYacute KONTROLEacuteR UMC100-FBP 15

12 INSTALACE 16

TECHNICKEacute VYBAVENIacute UMC100-FBP 17 2

21 KOMPAKTNIacute ZAacuteKLADNIacute JEDNOTKA 17

211 STAVEBNIacute BLOKY 18

22 OVLAacuteDACIacute PANEL UMC100-PAN 19

23 NAPĚŤOVYacute A ROZŠIŘOVACIacute MODUL 20

231 NASTAVENIacute KOMUNIKACE 20

232 VI15X- FBP 20

233 DX111-FBP 22

234 DX122-FBP 22

24 PROUDOVYacute MĚŘIacuteCIacute TRANSFORMAacuteTOR 24

241 EXTERNIacute PROUDOVYacute TRANSFORMAacuteTOR CTS 25

25 MONITOROVACIacute ZAŘIacuteZENIacute ZEMNIacuteHO SPOJENIacute CEM11-FBP 28

26 NAPAacuteJECIacute ZDROJ 29

27 KOMUNIKAČNIacute MODUL MTQ22-FBP 30

OCHRANNEacute FUNKCE 31 3

31 OCHRANA PŘI TEPELNEacuteM PŘETIacuteŽENIacute 31

311 URČENIacute TEPLOTY VINUTIacute A VYPIacuteNACIacute TŘIacuteDY 32

32 OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU 34

33 OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute 35

34 OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute 35

341 ČINNYacute PŘIacuteKON A UacuteČINIacuteK 37

35 OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII 39

36 OCHRANA SLEDU FAacuteZIacute 39

37 OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE 39

38 PTC OCHRANA 39

381 TERMISTOR 39

382 PRINCIP PTC OCHRANY V UMC 40

39 OCHRANA PŘI ZEMNIacuteM SPOJENIacute 40

DEMONSTRAČNIacute PŘIacutePRAVEK 41 4

41 NAacuteVRH PŘIacutePRAVKU 41

42 SCHEacuteMA ZAPOJENIacute PŘIacutePRAVKU 44

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 8

43 VYacuteSLEDNYacute PŘIacutePRAVEK 45

44 DEMONSTRAČNIacute KUFR PRO ABB 46

SIMULACE OCHRAN 48 5

51 OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII 48

52 OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE 48

53 OCHRANA SLEDU FAacuteZIacute 48

54 PTC OCHRANA 48

LABORATORNIacute UacuteLOHA 50 6

61 UNIVERZAacuteLNIacute MOTOROVYacute KONTROLEacuteR UMC100 50

62 BLOKOVEacute SCHEacuteMA ZAPOJENIacute UacuteLOHY A SCHEacuteMA ZAPOJENIacute PANELU 52

63 POPIS SCHEacuteMATU ZAPOJENIacute LABORATORNIacute UacuteLOHY 54

64 PRACOVNIacute POSTUP 55

65 MĚŘENIacute 55

66 DEMONSTRACE OCHRAN PŘI POUŽITIacute DYNAMOMETRU 57

67 VYHODNOCENIacute A ZAacuteVĚR 58

ZAacuteVĚR 59 7

LITERATURA 60

PŘIacuteLOHY 61

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 9

SEZNAM OBRAacuteZKŮ Obr 11 Instalace UMC100-FBP na DIN lištu 16

Obr 21 Vnějšiacute popis UMC100-FBP a s připojenyacutem UMC100-PAN 17

Obr 22 Zaacutekladniacute blokoveacute scheacutema UMC100-FBP a tok dat mezi hlavniacutemi čaacutestmi zařiacutezeniacute 18

Obr 23 Popis UMC100-PAN 19

Obr 24 Struktura napěťoveacuteho modulu VI150 21

Obr 25 Vnějšiacute popis modulu VI150 pro UMC100-FBP 21

Obr 26 Vnějšiacute popis IO modulu DX122-FBP pro UMC100-FBP 23

Obr 27 Magnetizačniacute charakteristika feromagnetickeacuteho materiaacutelu 24

Obr 28 Měřiacuteciacute transformaacutetor proudu 24

Obr 29 Konstrukce CT4L185R4 a CT4L310R4 26

Obr 210 Konstrukce CT5L500R4 a CT5L850R4 26

Obr 211 UMC100-FBP s CT a VI150 26

Obr 212 Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů proudu 27

Obr 213 Zapojeniacute CEM11-FBP do obvodu 28

Obr 214 Zatěžovaciacute charakteristika zdroje CP-D 2413 29

Obr 215 Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A 29

Obr 216 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP 30

Obr 31 Vypiacutenaciacute třiacutedy pro UMC100-FBP 33

Obr 32 Obvodovyacute model asynchronniacuteho motoru pro jednu faacutezi statoroveacuteho vinutiacute ndash nakraacutetko 34

Obr 33 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu přetiacuteženiacute 35

Obr 34 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute 36

Obr 35 Blokoveacute scheacutema ochrany proti proudoveacutemu podtiacuteženiacute 37

Obr 36 Charakteristiky asynchronniacuteho motoru při zatiacuteženiacute 38

Obr 37 Graf zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti P2 38

Obr 38 Zaacutevislost odporu termistoru na teplotě 40

Obr 41 Nosnaacute konstrukce 41

Obr 42 Naacutevrh plechu panelu 42

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent 43

Obr 44 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho přiacutepravku 44

Obr 45 Demonstračniacute přiacutepravek 45

Obr 46 Zadniacute pohled 45

Obr 47 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho kufru 47

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 10

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany 49

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu 49

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy 52

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu 53

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha 54

Obr 64 Štiacutetek motoru 54

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru 56

Obr 01 Plech 61

Obr 02 Kryciacute panel kurfu 62

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 63

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 11

SEZNAM TABULEK Tab 21 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX111-FBP 22

Tab 22 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX122-FBP 22

Tab 23 Typy externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů s měřenyacutem rozsahem proudu 25

Tab 24 Rozměry vyraacuteběnyacutech CEM11-FBPs udaacutevanyacutemi hodnotami svodovyacutech proudů 28

Tab 31 Ochranneacute funkce 31

Tab 32 Třiacutedy přetiacuteženiacute a čas odpojeniacute 31

Tab 33 Princip funkce logickeacuteho hradla AND 37

Tab 41 Seznam použityacutech komponent 41

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty 55

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru 57

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute 63

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 12

SEZNAM SYMBOLŮ A ZKRATEK

Zkratka Symbol Vyacuteznam Jednotka

AC Střiacutedavyacute proud (napětiacute) [A (V)]

B Magnetickaacute indukce [T]

cos φ Uacutečiniacutek [-]

DC Stejnosměrnyacute proud (napětiacute) [A (V)]

DTM Device Type Manager

FBP FieldBusPlug

H Intenzita magnetickeacuteho pole [Am]

I Aktuaacutelniacute hodnota proudu [A]

I1z Zaacuteběrnyacute proud [A]

If Procentuaacutelniacute poměr proudu []

Imax Maximaacutelniacute hodnota proudu [A]

Imin Minimaacutelniacute hodnota proudu [A]

In Jmenovityacute proud [A]

Iodp Hodnota proudu při odpojeniacute []

Ivar Varovnaacute hodnota proudu []

Ix Konec startu motoru []

Mz Zatěžovaciacute moment [Nm]

n Otaacutečky motoru [otmin]

nn Jmenoviteacute otaacutečky [otmin]

P Činnyacute vyacutekon [W]

P1 Činnyacute přiacutekon [W]

P2 Mechanickyacute vyacutekon na hřiacutedeli [W]

Pn Jmenovityacute vyacutekon [W]

Q1 Jalovyacute přiacutekon [var]

R Elektrickyacute odpor [Ω]

Rlsquo2s Celkovyacute činnyacute odpor rotoru [Ω]

R1 Odpor statoroveacuteho vinutiacute [Ω]

RFe Činnyacute odpor magnetickeacuteho obvodu [Ω]

s Skluz [-]

to Doba rozběhu [s]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 13

todp Zpožděniacute odpojeniacute [s]

TOL Thermal Overload Protection

TTC Time To Cool [s]

TTT Time To Trip [s]

tvar Zpožděniacute varovaacuteniacute [s]

U1 Vstupniacute napětiacute [V]

UMC Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter

Un Jmenoviteacute napětiacute [V]

Xrsquor20 Reaktance zabržděneacuteho rotoru [Ω]

Xm Reaktance magnetickeacuteho obvodu [Ω]

Xr1 Reaktance statoroveacuteho vinutiacute [Ω]

Φ Magnetickyacute tok [Wb]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 14

UacuteVOD

Bakalaacuteřskaacute praacutece je založena na naacutevrhu a vyacuterobě demonstračniacuteho přiacutepravku pro motorovyacute

kontroleacuter UMC100-FBP Tento přiacutepravek posloužiacute pro laboratorniacute uacutelohu v předmětu Elektrickeacute

přiacutestroje a takeacute jako prezentačniacute aparaacutet UMC100-FBP a rozšiřovaciacutech modulů pro společnost

ABB sro Finaacutelniacute zařiacutezeniacute je realizovaacuteno pro chod ochranu a diagnostiku trojfaacutezoveacuteho

asynchronniacuteho motoru Praacutece je rozdělena do několika hlavniacutech čaacutestiacute Nejprve je přibliacuteženo

UMC100-FBP Tato čaacutest všeobecně sloužiacute pro seznaacutemeniacute se s motorovyacutem kontroleacuterem jeho

zevnějškem a možnostmi Praacutece je daacutele rozšiacuteřena o přiacutedavneacute rozšiřovaciacute moduly ktereacute lze v praxi

použiacutet společně s UMC100-FBP Uvedeny jsou i informace o připojitelneacutem ovlaacutedaciacutem LCD

panelu UMC100-PAN Kapitola č3 přibliacutežiacute ochranneacute funkce nabiacutezeneacute kontroleacuterem V dalšiacute čaacutesti

je obsažen naacutevrh aparatury pro demonstraci UMC100 a jeho funkciacute podrobneacute scheacutema zapojeniacute

tohoto přiacutepravku a samotnou laboratorniacute uacutelohu na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter

UMC100

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 15

MOTOROVYacute KONTROLEacuteR 1

Efektivniacute využiacutevaacuteniacute energie v průmyslu je důležiteacute Z praxe bylo zjištěno že viacutece jak 40

elektrickeacute energie vyrobeneacute na zemi je spotřebovaacutevaacuteno praacutevě v průmyslovyacutech odvětviacutech a z toho

až 65 je spotřebovaacutevaacuteno elektrickyacutemi motory Jak již samotnyacute naacutezev napoviacutedaacute jednaacute se o

zařiacutezeniacute určeneacute předevšiacutem pro hliacutedaacuteniacute chodu asynchronniacuteho motoru Hlavniacute funkciacute motoroveacuteho

kontroleacuteru je diagnostika veličin se kteryacutemi motor pracuje Vyacutesledkem operace byacutevaacute sled

informaciacute ktereacute jsou předaacutevaacuteny obsluze nebo dispečinku Data o zkoumaneacutem motoru je možneacute

ziacuteskat buď formou integrovaneacuteho popř připojitelneacuteho zobrazovaciacuteho prvku nebo

prostřednictviacutem konektoru kteryacute komunikuje pomociacute datoveacute sběrnice s počiacutetačem V obou

přiacutepadech jsou obsluze poskytovaacutena rozsaacutehlaacute provozniacute servisniacute a diagnostickaacute data motoru

Takto ziacuteskaneacute informace umožňujiacute obsluze odhalovat chyby omezit je nebo jim dokonce

v budoucnu zabraacutenit a tiacutem i předejiacutet možneacutemu poškozeniacute motoru resp neplaacutenovaneacutemu vyacutepadku

vyacuteroby[13]

11 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP

Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP (daacutele jen UMC100) společnosti ABB sro je

zařiacutezeniacute použiacutevaneacute pro řiacutezeniacute ochranu a sledovaacuteniacute chodu trojfaacutezovyacutech asynchronniacutech motorů

UMC100-FBP je naacutestupcem staršiacuteho modelu řiacutediacuteciacute jednotky UMC22-FBP kteraacute se ve světě

využiacutevaacute v mnoha projektech Nejčastějšiacute průmyslovaacute odvětviacute použiacutevajiacuteciacute UMC22 i UMC100 jsou

např

rafinerie

technickeacute vybaveniacute elektraacuteren

těžba nerostnyacutech surovin

chemickyacute průmysl

papiacuterny

ocelaacuterny

potravinaacuteřstviacute a vyacuteroba naacutepojů

Jako naacutestupce staršiacuteho typu kontroleacuteru se použiacutevaacute již zmiacuteněnaacute UMC100 kteraacute od ochrany a

řiacutezeniacute motoru nabiacuteziacute i detekci vyacutepadku napaacutejeciacute faacuteze motoru nastavitelnou ochranu během

rozběhu nebo normaacutelniacutem provozu a mnoho dalšiacutech funkciacute ktereacute budou daacutele zmiacuteněny Použitiacute

UMC100 je diacuteky sveacute velikosti programovatelnosti a integrovaneacutemu měřiacuteciacutemu systeacutemu vhodneacute

pro modernizaci zastaralyacutech rozvaacuteděčů v již zaběhlyacutech provozech

Oficiaacutelniacute naacutezev kontroleacuteru obsahuje přiacuteponu FBP UMC100 je vybaven komunikačniacutem

rozhraniacutem pro připojeniacute do různyacutech průmyslovyacutech sběrnic siacutetiacute jako je PROFIBUS DP

DeviceNet MODBUS a CANopen To vše pomociacute skupiny produktů FieldBusPlug UMC100 je

takeacute ovšem možneacute použiacutet jako samostatneacute zařiacutezeniacute bez připojeniacute řiacutediacuteciacute sběrnice Změřeneacute

veličiny při chodu motoru (napětiacute proudhellip) jsou zpracovaacutevaacuteny v řiacutediciacutem systeacutemu samotneacuteho

kontroleacuteru kde jsou okamžitě vyhodnocovaacuteny Tato schopnost pomaacutehaacute k rychleacute detekci poruchy

a k zajištěniacute dopadů na ostatniacute zařiacutezeniacute v diagnostikovaneacute soustavě Daacutele napomaacutehaacute k řešeniacute

vhodnyacutech opatřeniacute pro přiacutepad dalšiacutech negativniacutech jevů a přiacutepadnyacutech vaacutežnyacutech poruch

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 16

12 Instalace

Samotnyacute koncept uzpůsobenyacute pro tyto aplikace naacutem zapřiacutečiňuje zkraacuteceniacute uacutesiliacute a naacutemahy při

zdlouhaveacutem vodičoveacutem propojeniacute v rozvaacuteděči jelikož veškereacute požadovaneacute ochranneacute

monitorovaciacute a řiacutediacuteciacute funkce jsou integrovaacuteny do jedineacuteho modulaacuterniacuteho zařiacutezeniacute UMC100 je

možneacute diacuteky kompaktniacutemu provedeniacute veškeryacutech jeho komponent jednoduše umiacutestit do stiacutesněnyacutech

prostor vyacutesuvnyacutech rozvaacuteděčů nebo do již použiacutevanyacutech staršiacutech zařiacutezeniacute Jednaacute se o zařiacutezeniacute a

provozy kteraacute prochaacuteziacute modernizaciacute a vyžadujiacute použitiacute noveacute technologie provozu a obohaceniacute o

noveacute způsoby řiacutezeniacute a ochran motorů od zastaralyacutech a vysloužilyacutech elektromagnetickyacutech releacute

Moderniacute motoroveacute kontroleacutery se ovšem nepoužiacutevajiacute pouze pro renovace a modernizace staršiacutech

provozů ale je samozřejmostiacute že noveacute společnosti s vysokyacutem počtem až tisiacutecem motorů saacutehnou

po technologicky vyspěleacutem ochranneacutem a monitorovaciacutem zařiacutezeniacute pro trojfaacutezoveacute asynchronniacute

motory

Montaacutež zařiacutezeniacute do rozvaacuteděče je velice jednoduchaacute Postačiacute pouze všeobecně použiacutevanaacute DIN

lišta (EN50022-35) na kterou se kontroleacuter zasadiacute nebo je možneacute upevněniacute 4 šrouby M4

Demonstrativniacute zasazeniacute na DIN lištu je předvedeno na Obr 11

Obr 11 Instalace UMC100-FBP na DIN lištu[1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 17

TECHNICKEacute VYBAVENIacute UMC100-FBP 2

21 Kompaktniacute zaacutekladniacute jednotka

Zaacutekladniacute jednotka kontroleacuteru obsahuje nejdůležitějšiacute čaacutesti jako je integrovanyacute měřiciacute systeacutem

a 2 seacuterie svorek Tyto svorky tvořiacute vstupy a vyacutestupy kontroleacuteru Jsou tvořeny 6 digitaacutelniacutemi vstupy

24V DC (spodniacute svorky) 1 integrovanyacute vstupem pro připojeniacute PTC termistoru a 4 vyacutestupy (horniacute

svorky) Tyto vyacutestupy tvořiacute 3 vyacutestupniacute releacute a 1 digitaacutelniacute tranzistorovyacute vyacutestup UMC100 takeacute

disponuje třemi LED pro signalizaci stavu technickeacuteho vybaveniacute Umožňuje tedy provoz bez

použitiacute sběrnicoveacuteho systeacutemu a daacutelkoveacute přiřazeniacute parametrů přes řiacutediciacute systeacutem Na Obr 21 je

patrneacute použitiacute konektoru M12

[2]

Obr 21 Vnějšiacute popis UMC100-FBP a s připojenyacutem UMC100-PAN

1 upevňovaciacute očka pro montaacutež 4 šrouby M4 Očka je možneacute odlomit pokud bude zařiacutezeniacute

připevněno na DIN lištu

2 konektory pro připojeniacute odporoveacuteho PTC sniacutemače

3 připojovaciacute svorky pro komunikaci s IO moduly

4 zaacutestrčka M12 pro připojeniacute konektoru FieldBusPlug

5 3 stavoveacute LED kontrolky

zelenaacute ndash motor připraven

žlutaacute ndash motor je v provozu

červenaacute ndash přetiacuteženiacute nebo porucha motoru (hlaacutešeniacute chyby)

6 připojovaciacute svorky pro releacuteoveacute vyacutestupy

(šrouby nepoužiacutevanyacutech svorek musiacute byacutet dotaženy pro zajištěniacute ochrany proti naacutehodneacutemu

vyšroubovaacuteniacute a naacutesledneacutemu kontaktu)

7 konektor pro připojeniacute ovlaacutedaciacuteho LCD panelu Control Panel UMC100-PAN

8 prvniacute dvě svorky sloužiacute pro napaacutejeciacute napětiacute 24V DC 24VDC vyacutestup a DI0 až DI0 jsou

připojovaciacute svorky pro digitaacutelniacute vyacutestupy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 18

9 znaacutezorněnaacute draacuteha proudu pro napaacutejeniacute motoru vodiči o průměru až 11mm což odpoviacutedaacute

průřezu vodiče až 25mm2

211 Stavebniacute bloky

Naacutesledujiacuteciacute scheacutema demonstruje hlavniacute funkčniacute bloky UMC100 a tok dat mezi nimi Obr 22

Hlavniacute blok (Protection) obsahuje prvky souvisejiacuteciacute s ochrannyacutemi prvky Motorovaacute ochrana maacute

vždy vyššiacute prioritu než spiacutenaacuteniacute releacuteovyacutech vyacutestupů Ochrana působiacute přiacutemo na vyacutestup releacute a může

motor zastavit Pokud selže některaacute čaacutest HW zařiacutezeniacute kontrola Hardware Supervision otevře

releacuteoveacute vyacutestupy z bezpečnostniacutech důvodů automaticky Hardware Supervision neniacute možneacute

vyřadit

Měřeniacute proudu poskytuje informace o aktuaacutelniacutem proteacutekajiacuteciacutem proudu motorem kdy zařiacutezeniacute

měřiacute proud v jednotlivyacutech faacuteziacutech a vypočte středniacute hodnotu Naacutestupce původniacuteho kontroleacuteru

UMC22 použiacutevaacute aktuaacutelniacute informace o proudu a takeacute počiacutetaacute odpoviacutedajiacuteciacute teplotu motoru pomociacute

tepelneacuteho modelu Na určiteacute definovaneacute uacuterovni skutečneacute nebo vypočiacutetaneacute teploty dojde k vypnutiacute

motoru z důvodu přetiacuteženiacute

PTC input - tento vstup sloužiacute pro připojeniacute PTC termistoru pro měřeniacute skutečneacute teploty

vinutiacute motoru

Blok (Motor control) obsahuje množstviacute řiacutediacuteciacutech funkciacute Veškereacute přiacutechoziacute přiacutekazy z hlavniacuteho

panelu z digitaacutelniacutech vstupů nebo z FBP rozhraniacute jsou seřazeny a podle nastaveniacute uživatele jsou

poteacute zpracovaacutevaacuteny Blok Starter function řiacutediacute releacuteoveacute vyacutestupy Všechny bloky pracujiacute v logickeacutem

sledu Obvykle majiacute předem definovaneacute aplikace ktereacute budou provaacutedět UMC100 ovšem nabiacuteziacute i

vytvaacuteřeniacute vlastniacutech aplikaciacute [1]

Obr 22 Zaacutekladniacute blokoveacute scheacutema UMC100-FBP a tok dat mezi hlavniacutemi čaacutestmi zařiacutezeniacute [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 19

22 Ovlaacutedaciacute panel UMC100-PAN

UMC100-PAN je LCD panel kteryacutem lze rozšiacuteřit UMC100 o zobrazovaciacute prvek Tento prvek

připojiacuteme na UMC (Obr 21 7 -Konektor pro připojeniacute ovlaacutedaciacuteho LCD panelu Control Panel

UMC100-PAN) Zmiacuteněnyacute typ LCD je možneacute připojit pouze na UMC100 jelikož neniacute

kompatibilniacute se staršiacutem typem UMC22 LCD je předevšiacutem určen pro montaacutež na čelniacutem panelu

nebo na rozvaděči Ovlaacutedaciacute panel sloužiacute k lokaacutelniacutemu zobrazeniacute všech dat Poruchy (errors) a

vyacutestrahy jsou zobrazovaacuteny v nezakoacutedovaneacute podobě Externiacute zaacutevada může byacutet doplněna

individuaacutelniacutem textem např Phase loss Veškereacute parametry je možneacute nastavovat měnit a dle

potřeby chraacutenit přiacutestupovyacutem heslem

Panel sloužiacute pro zobrazeniacute veškeryacutech uacutedajů o obvodu jako např

proud prochaacutezejiacuteciacute motorem (možneacute absolutniacute zobrazeniacute v A nebo relativniacute v )

napětiacute na jednotlivyacutech faacuteziacutech L1-L3 (při použitiacute VI150(5))

aktuaacutelniacute uacutedaje o sepnutyacutech vstupech a vyacutestupech

způsob zapojeniacute motoru-přiacutemyacute chod reverzniacute chodhellip

Při vyacuteskytu přetiacuteženiacute dojde k vybaveniacute ochrany Na LCD je možneacute sledovat časovyacute odpočet

kteryacute zbyacutevaacute do dalšiacuteho možneacuteho uvedeniacute motoru do chodu po vychladnutiacute Po uplynutiacute tohoto

časoveacuteho uacuteseku může byacutet motor opět spuštěn [1]

Obr 23 Popis UMC100-PAN

1 3 stavoveacute LED

zelenaacute ndash zařiacutezeniacute připraveno

žlutaacute ndash zařiacutezeniacute v chodu

červenaacute ndash hlaacutešeniacute poruchy

2 podsviacutecenyacute LCD display

3 vstup do menu ovlaacutedaacuteniacute (Enter Control Menu)

4 vstup do menu nastaveniacute (Enter Configuration Menu)

5 posun nahoru

6 stop motoru

7 posun dolů

8 start motoru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 20

23 Napěťovyacute a rozšiřovaciacute modul

Napěťovyacute VI15x a rozšiřovaciacute (vstupně vyacutestupniacute) modul DX1xx sloužiacute pro možneacute rozšiacuteřeniacute

UMC o dalšiacute vstupy a vyacutestupy v přiacutepadě modulu DX a o měřeniacute napětiacute pomociacute modulu VI

231 Nastaveniacute komunikace

Při použitiacute rozšiřovaciacutech modulů je nejprve nutno pomociacute UMC100-PAN nastavit jejich

připojeniacute Nastaveniacute a uvedeniacute do chodu je provedeno naacutesledujiacuteciacutem způsobem

V hlavniacutem menu (ovlaacutedaacuteniacute pomociacute LCD) vybereme položku IO modules a volbu potvrdiacuteme

přiacuteslušnyacutem tlačiacutetkem Tlačiacutetky Nahoru nebo Dolů vybereme požadovanyacute modul kteryacute chceme

propojit s kontroleacuterem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on [1]

Nastaveniacutem na bdquoonldquo uvedeme moduly do provozu Funkce napěťoveacuteho modulu (VI15x) je

ověřitelnaacute jednoduchyacutem způsobem Pokud nejsou připojeny napaacutejeciacute faacuteze na svorky L1L2 a L3

modulu zařiacutezeniacute hlaacutesiacute chybu z důvodu ochrany při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze [4] [5]

232 VI15x- FBP

VI15x je přiacutedavnyacute napěťovyacute modul sloužiacuteciacute pro měřeniacute sdruženeacuteho popř faacutezoveacuteho napětiacute

motoru Z hodnot proudu měřenyacutech UMC a napětiacute pomociacute VI15x je možno vyhodnotit faacutezovyacute

posuv mezi napětiacutem a proudem Naměřeneacute hodnoty putujiacute skrze komunikačniacute kanaacutel směrem k

UMC100 K propojeniacute s UMC100 sloužiacute piny s označeniacutem Ca a Cb Daacutele modul obsahuje svorky

pro připojeniacute jednotlivyacutech faacutezovyacutech vodičů L1L2 a L3 Pro spraacutevnyacute sled faacuteziacute a jeho detekci musiacute

byacutet dodrženo spraacutevneacute zapojeniacute vzhledem k proudům měřenyacutem v UMC VI150 sloužiacute pro

připojeniacute pouze do uzemněneacute soustavy ( TN-C nebo TN-S) Modul VI155 lze naopak použiacutet jak

pro uzemněneacute soustavy (TN) tak i pro neuzemněneacute (IT) Oba typy sloužiacute k upevněniacute na DIN

lištu [1] [3]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 21

2321 Vnitřniacute struktura VI150-FBP

Obraacutezek přibližuje vnitřniacute strukturu použiteacuteho napěťoveacuteho modulu VI150

Obr 24 Struktura napěťoveacuteho modulu VI150 [3]

Obr 25 Vnějšiacute popis modulu VI150 pro UMC100-FBP

1 konektory pro komunikaci s UMC100 a pro komunikaci s rozšiřovaciacutemi moduly DX111-

FBP a DX122-FBP

2 napěťoveacute vstupy

3 releacuteovyacute vyacutestup

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 22

4 svorky pro připojeniacute napaacutejeciacuteho napětiacute 24VDC

5 3 stavoveacute LED

zelenaacute - zařiacutezeniacute připraveno

žlutaacute - varovaacuteniacute

červenaacute - porucha zařiacutezeniacute

6 popisovyacute štiacutetek

233 DX111-FBP

Modulaacuterniacute zařiacutezeniacute umožňujiacuteciacute rozšiacuteřeniacute UMC100 o dalšiacute pomocneacute vstupy a vyacutestupy

použitelneacute pro různaacute hlaacutešeniacute a vyacutestrahy Digitaacutelniacute vstupy jsou potenciaacuteloveacute s napětiacutem 24V DC

Proto je nutneacute pro ovlaacutedaciacute obvody dodržet napětiacute 24V DC nebo bezpotenciaacuteloveacute kontakty (tj

releacute) připojeneacute ze svorky +24V

Rozšiřovaciacute modul DX111-FBP nabiacuteziacute množstviacute vstupů a vyacutestupů uvedenyacutech v (Tab 21)

Vstupy 8 digitaacutelniacutech vstupů 24V DC

Vyacutestupy 4 releacuteoveacute vyacutestupy

1 analogovyacute vyacutestup

Vstupniacute napětiacute 24V DC

Vstupniacute proud 60 mA

Logickaacute 0 -312hellip+5V DC

helliphelliphelliphellipcv1 +15hellip+312V DC

Tab 21 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX111-FBP [1]

234 DX122-FBP

Multifunkčniacute modul DX122-FBP maacute srovnatelneacute vlastnosti jako předešlaacute DX111 ovšem

rozdiacutel je v tom že DX122 nabiacuteziacute osm digitaacutelniacutech vstupů pro napětiacute 110V až 230V AC

Vstupy 8 digitaacutelniacutech vstupů 110-230V AC

Vyacutestupy 4 releacuteoveacute vyacutestupy

1 analogovyacute vyacutestup

Vstupniacute napětiacute 110V AChellip 240V AC

Vstupniacute proud 60 mA

Logickaacute 0 0hellip 40V AC

helliphelliphelliphelliphellip 1 74hellip 265V AC

Tab 22 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX122-FBP [1]

Pomocnyacute rozšiřovaciacute modul se k UMC100 připojiacute na svorky Ca a Cb patrneacute na (Obr 21)

Připojeniacute lze proveacutest prostou kroucenou dvoulinkou Vzhledem k omezenyacutem prostoraacutem

rozvaacuteděčů kam je UMC100 instalovaacuteno je možneacute připojit rozšiřovaciacute modul odděleně od

kontroleacuteru a to až do vzdaacutelenosti maximaacutelniacute deacutelky 3m [1] [5]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 23

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezek (Obr 26) opět popisuje svorky a monitorovaciacute prvky DX122

Obr 26 Vnějšiacute popis IO modulu DX122-FBP pro UMC100-FBP

1 releacuteoveacute vyacutestupy (čaacutest 1)

2 releacuteoveacute vyacutestupy (čaacutest 2)

3 analogovyacute vyacutestup

4 komunikačniacute port s UMC

5 popisovyacute štiacutetek

6 digitaacutelniacute vstupy (110V AC- 230V AC)

7 3 stavoveacute LED

zelenaacute ndash zařiacutezeniacute v provozu

žlutaacute ndash vyacutestraha

červenaacute ndash porucha modulu

8 svorky pro napaacutejeniacute 24 V DC

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 24

24 Proudovyacute měřiacuteciacute transformaacutetor

Proudoveacute měřiacuteciacute transformaacutetory sloužiacute pro měřeniacute většiacutech hodnot střiacutedavyacutech proudů než je

dovoleno měřiacuteciacutem přiacutestrojem a takeacute ke galvanickeacutemu odděleniacute vedeniacute od měřiacuteciacuteho přiacutestroje

Funkce je založena na principu elektromagnetickeacute indukce Primaacuterniacute vinutiacute je tvořeno silovyacutem

vodičem měřeneacuteho vedeniacute Průchodem proudu primaacuterniacutem vedeniacutem se v magnetickeacutem obvodu

(jaacutedru) vytvaacuteřiacute magnetickyacute tok Φ a na zaacutekladě Faradayova zaacutekona elektromagnetickeacute indukce se

v sekundaacuterniacutem vinutiacute indukuje napětiacute Na sekundaacuterniacute vinutiacute je připojena měřiacuteciacute soustava

Obr 27 Magnetizačniacute charakteristika feromagnetickeacuteho materiaacutelu

Z průběhu magnetizačniacute charakteristiky feromagnetickeacuteho materiaacutelu (zaacutevislosti magnetickeacute

indukce na intenzitě magnetickeacuteho pole ) je patrnyacute stav kdy dojde k nasyceniacute magnetickeacuteho

obvodu transformaacutetoru Při nasyceniacute dochaacuteziacute ke změně vlastnostiacute feromagnetickeacuteho materiaacutelu

a křivka se od lineaacuterniacuteho průběhu odklaacuteniacute (tzv koleno magnetizačniacute křivky)

Obr 28 Měřiacuteciacute transformaacutetor proudu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 25

241 Externiacute proudovyacute transformaacutetor CTs

Externiacute přiacutestrojovyacute transformaacutetor proudu (daacutele jen PTP) se použiacutevaacute v přiacutepadě je-li jmenovityacute

proud motoru vyššiacute než 63A tzn sloužiacute k přizpůsobeniacute proudoveacuteho rozsahu na hodnotu kterou

je schopno UMC změřit UMC100 je schopneacute pracovat pomociacute sveacuteho vnitřniacuteho transformaacutetoru

proudu s proudem 024A až 63A Použitiacutem externiacuteho proudoveacuteho transformaacutetoru je možneacute měřit

až do hodnoty 850A PTP k UMC100 majiacute převod 1854 3104 5004 a 8504 Sekundaacuterniacutemu

vinutiacute odpoviacutedajiacute 4A což uvaacutediacute popis jednotlivyacutech typů proudovyacutech transformaacutetorů uvedenyacutech v

Tab 23 (čiacuteslo uvedeneacute za lomiacutetkem) např CTxLxxxR4 PTP maacute definovanou třiacutedu přesnosti

3 v celeacutem rozsahu měřeneacuteho proudu K nasyceniacute magnetickeacuteho obvodu transformaacutetoru dochaacuteziacute

přibližně při osminaacutesobku jmenoviteacuteho proudu In Transformaacutetor je navržen s třiacutedou přesnosti

5P10 to znamenaacute že je deklarovaacutena průměrnaacute chyba menšiacute než 5 při 10 naacutesobku jmenoviteacute

hodnoty proudu

Typ Rozsah měřeneacuteho proudu

[A] Max proud CT

[A]

CT4L185R4 60 až 185 1480

CT4L310R4 180 až 310 2480

CT5L500R4 300 až 500 4000

CT5L850R4 500 až 850 6800

Tab 23 Typy externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů s měřenyacutem rozsahem proudu [1]

Přiacuteklad zvoleniacute přiacuteslušneacuteho proudoveacuteho transformaacutetoru

Maacuteme-li asynchronniacute motor se jmenovityacutem proudem napřiacuteklad In =190 A a rozběhovyacutem proudem

pak

(241)

Podle jmenoviteacuteho proudu motoru In ležiacuteciacuteho v rozsahu měřeneacuteho proudu přiacuteslušneacuteho CT

určiacuteme typ CT Nachaacuteziacute-li se jmenovityacute proud na mezi některeacuteho z měřenyacutech rozsahů CT voliacute se

takovyacute transformaacutetor kteryacute maacute většiacute hodnotu maximaacutelniacuteho proudu než vyacuteslednyacute proud

vypočtenyacute Pro přiacutepad kdy In = 190 A je zvolenyacute typ CT4L310R4 Maximaacutelniacute proud Imax splňuje

požadavek kdy Imax lt max proud CT [1]

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezky představujiacute konstrukce externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 26

Obr 29 Konstrukce CT4L185R4 a CT4L310R4 [3]

Obr 210 Konstrukce CT5L500R4 a CT5L850R4 [3]

Zapojeniacute svorkovnice proudoveacuteho transformaacutetoru CTxLxxxR4 a propojeniacute s integrovanyacutem

proudovyacutem transformaacutetorem UMC100 Na Obr 211 je takeacute ukaacutezka zapojeniacute měřiacuteciacuteho modulu

VI150 na přiacutevodniacutech faacuteziacutech motoru a dodrženyacutem spraacutevnyacutem sledem faacutezovyacutech vodičů

Obr 211 UMC100-FBP s CT a VI150 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 27

Obecně platiacute že vyacutevody sekundaacuterniacuteho vinutiacute měřiacuteciacuteho transformaacutetoru proudu jsou buď

zapojeny na zaacutetěž nebo jsou propojeny do zkratu a jeden z vyacutevodů je uzemněn Princip je patrnyacute

z Obr 212 V praxi dochaacuteziacute k několika chybaacutem způsobenyacutech neznalostiacute problematiky Jednou

může byacutet neuzemněniacute jedneacute ze svorek sekundaacuterniacuteho vinutiacute Pak vznikaacute kapacitniacute vazba a

sekundaacuterniacute vinutiacute v nepřiacutezniveacutem přiacutepadě může vysokyacutem napětiacutem termionicky působit - jiskřit na

kostru Při delšiacutem trvaacuteniacute jiskřiveacuteho vyacuteboje v jednom miacutestě se mohou vytvořit vodiveacute cesty a dojiacutet

k průrazu izolace vodiče k nežaacutedouciacutemu potenciaacutelu [8]

Obr 212 Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů proudu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 28

25 Monitorovaciacute zařiacutezeniacute zemniacuteho spojeniacute CEM11-FBP

Monitorovaciacute zařiacutezeniacute CEM11 sloužiacute pro sledovaacuteniacute svodovyacutech proudů respektive zemniacutech

poruch způsobenyacutech nejčastěji poškozenou izolaciacute Detekovaacuteniacute takoveacuteto zemniacute poruchy vede

k odpojeniacute motoru aby nedošlo k jeho většiacutemu poškozeniacute nebo vede k upozorněniacute obsluhy

Možneacute použitiacute je jak v siacutetiacutech uzemněnyacutech tak i neuzemněnyacutech

Průvlečneacute oko je tvořeno toroidniacutem transformaacutetorem kteryacutem jsou vedeny všechny 3 faacutezoveacute

vodiče motoru Zařiacutezeniacute hliacutedaacute to aby součet faacutezorů proudů byl nulovyacute Jakmile dojde k zemniacutemu

spojeniacute tzn součet faacutezorů proudů je nenulovyacute integrovanaacute elektronika CEM11 sepne nebo

rozepne vyacutestup Vyacutestup z CEM11 pracuje jako kontakt kteryacute detekovanou hodnotou proudu

sepne nebo rozepne 24V DC jenž poteacute může byacutet připojeno jako např digitaacutelniacute vstup do UMC

Nastaveniacute zpožděniacute sepnutiacute varovaacuteniacute nebo odpojeniacute lze zvolit v UMC a to v rozsahu od 01s ndash

255s Nastaveniacute citlivosti spiacutenaacuteniacute je možneacute v několika krociacutech Poloha přepiacutenače (0-7) s toleranciacute

na pozici 0 cca plusmn30 a daacutele vždy s toleranciacute cca plusmn10

CEM11 je možneacute uložit spolu s ostatniacutemi komponenty na DIN lištu normovaneacuteho rozměru

35mm nebo pomociacute přiacutedavneacuteho klipu pro nejmenšiacute rozměr CEM11-FBP20 [1]

Průměr průvlečneacuteho

oka [mm]

Proudovyacute rozsah

[mA]

20 80 - 1700

35 100 - 3400

60 120 - 6800

120 240 - 13600

Tab 24 Rozměry vyraacuteběnyacutech CEM11-FBPs udaacutevanyacutemi hodnotami svodovyacutech proudů

Obr 213 Zapojeniacute CEM11-FBP do obvodu [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 29

26 Napaacutejeciacute zdroj

Pro napaacutejeniacute modulů UMC100 DX122 a VI150 sloužiacute zdroj typu CP-D 2413 Jednaacute se o

napaacutejeciacute zdroj kteryacute na sveacutem vyacutestupu dovoluje regulaci napětiacute 24-28V DC s toleranciacute plusmn 1

Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute je umožněna z důvodu připojeniacute modulů na dlouheacute vedeniacute kde

vznikajiacute uacutebytky napětiacute praacutevě vlivem deacutelky vedeniacute Zpravidla klesne-li na vedeniacute napětiacute od

jednoho zdroje na ktereacutem je nastaveno maximaacutelniacute vyacutestupniacute napětiacute pod minimaacutelniacute hodnotu

potřebnou pro napaacutejeniacute modulu je nutneacute použiacutet dalšiacute napaacutejeciacute zdroj Maximaacutelniacute proud zdroje je

Imax = 13A a jmenovityacute vyacutestupniacute vyacutekon 30W Tento typ zdroje je diacuteky svyacutem modulaacuterniacutem

rozměrům možneacute umiacutestit na DIN lištu (EN50022-35) [6]

Naacutesledujiacuteciacute zatěžovaciacute charakteristika znaacutezorňuje zaacutevislost svorkoveacuteho napětiacute zdroje na

odebiacuteraneacutem proudu pro teplotu T=25degC

Obr 214 Zatěžovaciacute charakteristika zdroje CP-D 2413[6]

Obr 215 Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 30

27 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

Tento modul poskytuje komunikaci pro FieldBusPlug zařiacutezeniacute jako je např UMC100

s počiacutetačem prostřednictviacutem siacutetě Ethernet K MTQ22 lze připojit až 4 zařiacutezeniacute pro uacutesporu

naacutekladů Naacutesledujiacuteciacute popis je vztažen k Obr 216 kde jsou znaacutezorněny jednotliveacute čaacutesti modulu

1 konektory s označeniacutem X1 až X4 sloužiacute pro připojeniacute až 4 zařiacutezeniacute FBP

2 LED diody pro signalizaci aktuaacutelniacuteho stavu komunikace

3 micro USB konektor s označeniacutem X5 pro připojeniacute a konfiguraci pomociacute PC

4 dvě RJ45 zaacutesuvky s označeniacutem E1 a E2 pro připojeniacute pomociacute Ethernetoveacuteho kabelu

5 konektor pro připojeniacute 24V DC napaacutejeciacuteho napětiacute nese označeniacute X6

Obr 216 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 31

OCHRANNEacute FUNKCE 3Kontroleacuter nabiacuteziacute velkeacute množstviacute ochrannyacutech funkciacute potřebnyacutech pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacuteho chodu

motoru Některeacute funkce jsou aktivniacute pouze po čaacutest běhu motoru typicky při startu motoru jineacute

po jeho rozběhu Naacutesledujiacuteciacute tabulka (Tab 31) nastiacuteniacute přehled nejdůležitějšiacutech ochran motoru a

čas kdy jsou aktivovaacuteny

Ochrannaacute funkce Aktivniacute

Při tepelneacutem přetiacuteženiacute Vždy

Při zablokovaneacutem rotoru Při startu motoru

Při proudoveacutem přetiacuteženiacute Po startu

Při proudoveacutem podtiacuteženiacute Po startu

Sled faacuteziacute Vždy

Při faacutezoveacute nesymetrii Vždy

Při ztraacutetě faacuteze Vždy

PTC ochrana Vždy

Při zemniacutem spojeniacute Vždy po spuštěniacute

Při napěťovyacutech špičkaacutech Vždy

Při harmonickeacutem zkresleniacute Vždy

Tab 31 Ochranneacute funkce [1]

Nastaveniacute parametrů jednotlivyacutech ochran probiacutehaacute pomociacute UMC100-PAN

31 Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute

UMC100 disponuje nastavitelnyacutem vypiacutenaacuteniacutem při tepelneacutem přetiacuteženiacute podle třiacuted 5E 10E 20E

30E a 40E viz Obr 31 Tyto třiacutedy uvaacutedějiacute poměr mezi aktuaacutelniacutem prochaacutezejiacuteciacutem proudem

motorem I a jmenovityacutem proudem motoru In uvedenyacutem na štiacutetku v zaacutevislosti na maximaacutelniacute době

rozběhu t

Třiacuteda 5E 10E 20E 30E 40E

t [s] 15 3 6 3 12

Tab 32 Třiacutedy přetiacuteženiacute a čas odpojeniacute

Lze hovořit o dvou typech rozběhu motoru

1 normaacutelniacute rozběh - do 10s

2 těžkyacute rozběh - viacutece jak 10s

Při rozběhu zatiacuteženeacuteho motoru se otaacutečky zvyšujiacute z nuloveacute hodnoty na jmenovitou přičemž

dochaacuteziacute k naacuterůstu proudu až na několikanaacutesobek jeho jmenoviteacute hodnoty Zpravidla u většiacutech

motorů byacutevaacute naacuterůst až 10In tudiacutež v tento bdquokritickyacuteldquo okamžik nesmiacute vybavit ochrana na tepelneacute

přetiacuteženiacute Rozběh motoru pro UMC končiacute při poklesu proudu I na hodnotu 135 proudu

jmenoviteacuteho In nebo při dosaženiacute jmenovityacutech otaacuteček nn Udaacutevaneacute časy představuje Tab 32

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 32

311 Určeniacute teploty vinutiacute a vypiacutenaciacute třiacutedy

Podle způsobu určeniacute teploty vinutiacute motoru se ochrany rozlišujiacute na proudově nezaacutevisleacute a

proudově zaacutevisleacute

Proudově nezaacutevisleacute ochrany měřiacute přiacutemo teplotu ve vinutiacute motoru pomociacute vhodneacuteho čidla

teploty zpravidla termistoru Tiacutemto způsobem lze zjistit nedovoleneacute otepleniacute způsobeneacute např

poruchou cirkulace vzduchu kterou proudově zaacutevislaacute ochrana neniacute schopna vyhodnotit

Proudově zaacutevisleacute ochrany vyhodnocujiacute teplotu vinutiacute motoru nepřiacutemo a to prostřednictviacutem

vyacutepočtoveacuteho modelu z provozniacuteho proudu motoru Zvyacutešeniacute provozniacuteho proudu motoru maacute za

naacutesledek otepleniacute ktereacute vede trvaacute-li delšiacute dobu k poškozeniacute nebo zničeniacute motoru Ochrana při

tepelneacutem přetiacuteženiacute ndash TOL chraacuteniacute motor před přehřaacutetiacutem Tepelnyacute model je vypočiacutetaacutevaacuten za chodu i

v klidu motoru a z těchto stavů se pak zjistiacute tepelnaacute kapacita Znalost teacuteto hodnoty vede

k maximalizaci produktivity Funkčnost tepleneacuteho modelu je v souladu s normou

Při použitiacute motoru pro cyklickeacute operace dochaacuteziacute ke schodoviteacutemu zvyšovaacuteniacute teploty motoru Je

zapotřebiacute volit spraacutevnyacute čas intervalu mezi cykly aby nedochaacutezelo k přehřaacutetiacute a zbytečneacutemu

poškozeniacute izolace vinutiacute motoru

Funkce Thermal load (tzv tepelnaacute zaacutetěž) hliacutedaacute poměr aktuaacutelniacuteho prochaacutezejiacuteciacuteho proudu I a

jmenoviteacuteho proudu In motoru Jakmile poměr IIn přesaacutehne 100 začiacutenaacute odpočet TTT a motor

bude odpojen po uplynutiacute nastaveneacute periody Možnost opětovneacuteho spuštěniacute přetiacuteženeacuteho motoru

proběhne po jeho vychladnutiacute To je možneacute nastavit dvěma způsoby [1]

1 Ručně nastavenou periodou během ktereacute je motor blokovaacuten proti spuštěniacute

(ovlivňovaacuteno velikostiacute motoru teplotou prostřediacute kde je motor použit zda je vybaven

ventilaacutetorem či neniacute apod)

2 Nastaveniacutem procentuaacutelniacute hodnoty tepelneacute kapacity do ktereacute nebude moci obsluha

motor spustit (při nastaveniacute 50 nedojde k odblokovaacuteniacute ochrany pokud neklesne

tepelnaacute kapacita pod zadanou hodnotu)

Určeniacute vypiacutenaciacute třiacutedy je představeno na naacutesledujiacuteciacutem přiacutekladu

Maacuteme-li trojfaacutezovyacute asynchronniacute motor o vyacutekonu 22kW poměr IIn = 5 a maximaacutelniacute dobu

rozběhu to = 10s Z přiloženeacuteho grafu vypiacutenaciacutech třiacuted pro studenyacute motor určiacuteme požadovanou

třiacutedu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 33

Obr 31 Vypiacutenaciacute třiacutedy pro UMC100-FBP[1]

Z vyacutesledku je patrneacute že motor budeme vypiacutenat proti přetiacuteženiacute podle třiacutedy 5E jelikož křivka

pro 5E je pod maximaacutelniacute dobou rozběhu to = 10s Pokud by došlo ke zvoleniacute např třiacutedy 10E

hrozilo by poškozeniacute motoru jelikož by na motor působilo přetiacuteženiacute delšiacute dobu než je tomu

dovoleno [10]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 34

32 Ochrana při zablokovaneacutem rotoru

V okamžiku připojeniacute motoru na napaacutejeciacute siacuteť se rotor neotaacutečiacute (n = 0 s = 1) Motor je ve

stavu nakraacutetko a jeho proud je omezen pouze ohmickyacutemi odpory a rozptylovyacutemi reaktancemi

vinutiacute Zaacuteběrnyacute proud I1z dosahuje většinou 4 až 10 x většiacutech hodnot než proud jmenovityacute In

Určit velikost tohoto proudu je možneacute ze vztahu 321

radic

kde

U1 - Vstupniacute napětiacute

R1 - Odpor primaacuterniacuteho vinutiacute

Xr1 - Reaktance statoroveacuteho vinutiacute

Xrsquor20 - Reaktance zabrzděneacuteho rotoru

Rlsquo2s - Celkovyacute činnyacute odpor rotoru

RFe - Činnyacute odpor magnetickeacuteho obvodu

Xm - Reaktance magnetickeacuteho obvodu

I1z - Zaacuteběrnyacute proud

Obr 32 Obvodovyacute model asynchronniacuteho motoru pro jednu faacutezi statoroveacuteho vinutiacute ndash nakraacutetko

Velkyacute zatěžovaciacute moment Mz nebo mechanickaacute porucha může zapřiacutečinit zablokovaacuteniacute rotoru

Ochrannaacute funkce detekuje dlouhou počaacutetečniacute situaci kteraacute je praacutevě důsledkem zmiacuteněnyacutech přiacutečin

UMC100 tiacutemto odpojiacute motor od napaacutejeniacute čiacutemž ho ochraacuteniacute od nadměrneacuteho tepelneacuteho namaacutehaacuteniacute

V uživatelskeacutem prostřediacute je možneacute individuaacutelně nastavit jak maximaacutelniacute proud tak i čas po

ktereacutem dojde k odpojeniacute zablokovaneacuteho motoru Pro experimentaacutelniacute použitiacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy je nastavena hodnota poměru pro odpočet a naacutesledneacute odpojeniacute IIn na 300 [1] [9]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 35

33 Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute zabezpečiacute odpojeniacute motoru vyskytne-li se v obvodu většiacute

hodnota proudu než nastavenaacute jmenovitaacute In Bliacuteže tuto funkci představiacute přiloženyacute průběh Funkce

je aktivniacute až po roztočeniacute motoru v okamžiku rozběhu je neaktivniacute

Princip ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Do okamžiku T1 od zapnutiacute klesne zaacuteběrnyacute proud na hodnotu cca Ix = 135 In V časoveacutem

uacuteseku T1 až T2 dochaacuteziacute k naacuterůstu prochaacutezejiacuteciacuteho proudu motorem V okamžiku T2 překročiacute

proud hodnotu Ivar Tiacutemto okamžikem začne odpočet nastaveneacute doby zpožděniacute tvar kteraacute po

uplynutiacute sepne signalizaci varovaacuteniacute nadproudoveacuteho přetiacuteženiacute Odpočet doby tvar narůstaacute je-li

proud motorem I gt Ivar Jakmile proud I ge Iodp dochaacuteziacute k sepnutiacute čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute todp

Platiacute-li podmiacutenka I ge Iodp a dojde k načteniacute hodnoty todp UMC100 odpojiacute motor od napaacutejeniacute a tiacutem

zabraacuteniacute jeho poškozeniacute

Obr 33 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu přetiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash dosaženiacute vysokeacute proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash dosaženiacute hodnoty proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

34 Ochrana při proudoveacutem podtiacuteženiacute

Jakmile hodnota (činneacuteho) proudu klesne pod nastavenou uacuteroveň kteraacute je pro danyacute proces

typickaacute dojde v UMC100 k vybaveniacute ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a motor odpojiacute od

napaacutejeniacute Tato ochrana se předevšiacutem využiacutevaacute pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacute funkce čerpadla když detekuje

ztraacutetu jeho saacuteniacute či pro paacutesoveacute dopravniacuteky ve vyacuterobniacutech provozech Včasneacute varovaacuteniacute a odpojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 36

motoru snižuje zejmeacutena prostoje vyacuteroby Princip varovaacuteniacute a odpojeniacute je představen na

naacutesledujiacuteciacutem průběhu jak tomu bylo u ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Princip ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute zobrazeneacuteho průběhu

Po poklesu aktuaacutelniacuteho proudu v okamžiku T1 motor normaacutelně běžiacute V časoveacutem uacuteseku T1 až

T2 dochaacuteziacute k poklesu proudu pod jmenovitou hodnotu In až na nastavenou hodnotu Ivar Při

dosaženiacute teacuteto hodnoty začne odpočet varovaacuteniacute proudoveacuteho podtiacuteženiacute Nepřesaacutehne-li proud za

dobu kratšiacute než tvar mez Ivar (tzn nevzroste-li se zpět k In) dojde ke spuštěniacute signalizace

proudoveacuteho podtiacuteženiacute Při pokračujiacuteciacutem poklesu proudu jak je patrneacute v časoveacutem intervalu T2-T3

až na mez Iodp dojde k čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute Při překročeniacute nastaveneacute doby todp a za

podmiacutenky že proud I le Iodp UMC100 motor odpojiacute od napaacutejeciacute siacutetě

Obr 34 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash niacutezkaacute proudovaacute uacuteroveň kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash hodnota proudu kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

Popis funkce ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute blokoveacuteho scheacutematu

Signaacutel Istart představuje hodnotu proudu po startu motoru- log 1(tzn Signalizace motoru v

chodu) Tento signaacutel tvořiacute vstup logickeacuteho hradla AND (1) Funkci tohoto hradla znaacutezorňuje

přiloženaacute tabulka Tab 33 Druhyacute vstup signalizuje aktuaacutelniacute hodnotu proudu kteraacute motorem

proteacutekaacute Je-li proud IltIvar detekuje hradlo AND druhou logickou jedničku a hradlo vybaviacute podle

přiloženeacute tabulky Tento signaacutel z hradla aktivuje časovač zpožděniacute varovaacuteniacute Po uplynutiacute

nastaveneacuteho časoveacuteho uacuteseku signalizuje podtiacuteženiacute Dochaacuteziacute-li staacutele k poklesu proudu až do

uacuterovně kdy IltIodp pak na druheacutem logickeacutem hradle AND (2) budou na vstupu log 1 Sepne

čiacutetaacuteniacute zpožděniacute vypnutiacute a po uplynutiacute doby UMC motor vypne

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 37

Obr 35 Blokoveacute scheacutema ochrany proti proudoveacutemu podtiacuteženiacute [1]

Vstup Vyacutestup

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

Tab 33 Princip funkce logickeacuteho hradla AND

341 Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek

Při chodu asynchronniacuteho motoru odebiacuteraacute stroj ze siacutetě jalovyacute proud kteryacute je potřebnyacute pro

vytvořeniacute magnetizace hlavniacuteho magnetickeacuteho obvodu Tento tzv magnetizačniacute proud je

nezaacutevislyacute na zatiacuteženiacute stroje Uplatněniacute nalezne zejmeacutena při chodu napraacutezdno a maleacutem zatiacuteženiacute

kdy je uacutečiniacutek motoru niacutezkyacute Motor maacute tedy nejleacutepe pracovat při plneacutem zatiacuteženiacute[11]

Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek jsou důležiteacute parametry pro detekovaacuteniacute niacutezkeacute zaacutetěže nebo situace bez

zaacutetěže např uzavřenyacute ventil Pomociacute napěťoveacuteho modulu VI15x a UMC je měřeno sdruženeacute

(faacutezoveacute) napětiacute faacutezovyacute proud čili i faacutezovyacute posuv mezi proudem a napětiacutem - cos φ Pomociacute těchto

parametrů je UMC schopneacute analogicky spočiacutetat hodnotu činneacuteho přiacutekonu

radic

Poklesne-li poteacute činnyacute přiacutekon pod nastavenou procentuaacutelniacute hodnotu P (př 85 Pn) motor vypne

tj bude-li PPn le 085

Experimentaacutelniacutem měřeniacutem v raacutemci laboratorniacute uacutelohy byla pomociacute přiacutestroje Yokogawa WT1800

změřena zaacutevislost uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute motoru Z vyacutesledneacuteho grafu (Obr 37) je

patrneacute že se snižovaacuteniacutem zatiacuteženiacute rotoru klesaacute velikost uacutečiniacuteku Naměřeneacute hodnoty pro konstrukci

grafu jsou uvedeny v přiacuteloze

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 38

Obr 36 Charakteristiky asynchronniacuteho motoru při zatiacuteženiacute [11]

Obr 37 Graf zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti P2

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

01

02

03

04

05

06

07

08

09

0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000

P1 [

W]

cos

ϕ [

-]

P2 [W]

P2 P1 Q1

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 39

35 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

Princip ochrany

Je-li poměr nejnižšiacuteho proudu (Imin) a nejvyššiacuteho proudu (Imax) ve faacuteziacutech nad nastavenou

uacuterovniacute pro varovaacuteniacute sepne signalizace ztraacutety faacuteze Jakmile ovšem tento poměr překročiacute

nastavenou hodnotu pro odpojeniacute motoru sepne zpožděniacute vypnutiacute a podle nastaveneacute třiacutedy

přetiacuteženiacute motor po uplynutiacute časoveacuteho intervalu odpojiacute

Funkce faacutezoveacute nesymetrie je aktivniacute pouze tehdy je-li proud ve všech třech faacuteziacutech gt 25 In

(jmenoviteacuteho proudu) [1]

Naacutesledujiacuteciacute rovnice představuje vyacutepočet procentuaacutelniacuteho poměru proudu pro vypnutiacute motoru při

uacuteplneacute ztraacutetě faacuteze

(

)

36 Ochrana sledu faacuteziacute

Ochrana sledu faacuteziacute hliacutedaacute zejmeacutena spraacutevnyacute směr otaacutečeniacute motoru Důležiteacute pro použitiacute teacuteto

ochrany je miacutesto zapojeniacute napěťoveacuteho modulu VI15x Pokud by byl modul zapojen za stykači

nastala by chyba při reverzniacutem zapojeniacute Na stykačiacutech dochaacuteziacute zapojeniacutem k zaacuteměně dvou

faacutezovyacutech vodičů a tiacutem i změně směru otaacutečeniacute motoru UMC s pomociacute VI150 vyhodnotiacute situaci

jako chybovou a vypne motor Napěťovyacute modul se tedy zpravidla umiacutesťuje hned za hlavniacute jistiacuteciacute

prvek viz Obr 44

37 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Jedno z největšiacutech nebezpečiacute pro motor představuje ztraacuteta jedneacute napaacutejeciacute faacuteze Chod na 2

napaacutejeciacute faacuteze zatěžuje motor na tepelneacute uacutečinky proudu vlivem zvyacutešeniacute proudu ve zbylyacutech 2

faacuteziacutech UMC100 v tomto přiacutepadě vypiacutenaacute motor podle předem stanovenyacutech časovyacutech intervalů

Intervaly vypnutiacute jsou stejneacute jako pro ochranu proti proudoveacutemu přetiacuteženiacute (Tab 32) a

odpoviacutedajiacute nastaveneacute třiacutedě přetiacuteženiacute Tuto ochranu dřiacuteve zajišťovalo tepelneacute releacute ktereacute v tomto

přiacutepadě nemusiacute byacutet použito

38 PTC ochrana

381 Termistor

Termistor je polovodičovyacute nelineaacuterniacute dvojpoacutel jehož odpor se měniacute v zaacutevislosti na teplotě

prostřediacute ve ktereacutem pracuje Jeho vyacutehodou je že velmi rychle a citlivě reaguje na změnu teploty

Rozlišujeme zpravidla 2 druhy termistorů

1 NTC (Negative Temperature Coefficient) - termistor se zaacutepornyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou klesaacute jeho odpor (roste elektrickaacute vodivost a proud)

2 PTC (Positive Temperature Coefficient) ndash termistor s kladnyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou jeho odpor roste

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 40

Obr 38 Zaacutevislost odporu termistoru na teplotě

Použitiacute termistorů

NTC termistory se použiacutevajiacute zpravidla k měřeniacute teploty PTC se nejčastěji využiacutevaacute

v kuchyňskyacutech spotřebičiacutech kde je požadovaacutena konstantniacute teplota v termostatech a pro hliacutedaacuteniacute

teploty vinutiacute motorů

382 Princip PTC ochrany v UMC

Ochrana obecně spadaacute do skupiny proudově nezaacutevislyacutech ochran Pro připojeniacute PTC

termistoru sloužiacute na UMC100 svorky s označeniacutem T1 a T2 PTC zvyšuje svůj odpor s rostouciacute

teplotou proto je možneacute ho použiacutet pro hliacutedaacuteniacute teploty např vinutiacute statoru UMC je schopneacute

vyhodnotit tuto změnu odporu a vydaacute signaacutel k odpojeniacute motoru od siacutetě [7]

39 Ochrana při zemniacutem spojeniacute

Ochrana při zemniacutem spojeniacute spočiacutevaacute v ochraně motoru siacutetě a technologie při nežaacutedouciacutech

vlivech způsobenyacutech zejmeacutena staacuternutiacutem izolace a jejiacutem zhoršenyacutem izolačniacutem uacutečinkem

Naacutesledkem přetěžovaacuteniacute vedeniacute vlhkostiacute kondenzaciacute vody v elektrickeacutem zařiacutezeniacute nebo vrstvou

vodiveacuteho prachu jsou praacutevě zhoršeneacute vlastnosti izolačniacuteho materiaacutelu To vede k nechtěneacutemu

zemniacutemu spojeniacute Zemniacute spojeniacute je monitorovaacuteno pomociacute UMC spolu se zařiacutezeniacutem CEM11 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 41

DEMONSTRAČNIacute PŘIacutePRAVEK 4

41 Naacutevrh přiacutepravku

Pro demonstraci UMC100 a dalšiacutech prvků řady produktů od společnosti ABB sro byl

navržen přiacutepravek pomociacute software AutoCAD a Inventor Professional kteryacute byl poteacute zrealizovaacuten

a oživen Nosnaacute konstrukce (Obr 41) je vyrobena z jӓckelu o rozměru 25x25mm

Obr 41 Nosnaacute konstrukce

Čelniacute panel tvořiacute plech s rozměry 500x400mm a tloušťky 2mm Plech je osazen

rozvaděčovyacutemi kanaacutely 25x60mm a všemi potřebnyacutemi komponentami pro realizaci zapojeniacute

Vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho panelu s otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky a ovlaacutedaciacute tlačiacutetka motoru je na

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

Seznam použityacutech komponent Vyacuterobce

3-poacutelovyacute jistič C16 OEZ

Pojistkoveacute pouzdro RSP 4 Elektro Bečov

Komunikačniacute modul MTQ22-FBP ABB

Motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP ABB

Napěťovyacute modul VI150-FBP ABB

Rozšiřovaciacute modul DX122-FBP ABB

Ministykač LC1K09(LC1K12) Schneider Electric

Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A ABB

Rozvaděčovyacute kanaacutel 25x60mm KOPOS

Přiacutestrojoveacute zdiacuteřky 4mm do panelu AMASS

Tlačiacutetka do panelu 250V1A JIETONG

Tab 41 Seznam použityacutech komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 42

Pro konstrukci je důležiteacute aby navrženyacute panel rozměrově odpoviacutedal všem potřebnyacutem přiacutestrojům

a modulům Pro tuto přiacuteležitost je pomociacute software AutoCAD vytvořen vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho

panelu Obr 43 kteryacute je konstruovaacuten

Navrženyacute nosnyacute plech tloušťky 2mm na ktereacutem jsou umiacutestěny veškereacute komponenty Obr 42

Ve vrchniacute polovině plechu jsou vyvrtaacuteny otvory o průměru 4mm sloužiacuteciacute pro uchyceniacute

rozvaděčoveacuteho kanaacutelu a DIN lišty Ve středniacute čaacutesti plechu jsou 4 průvlečneacute otvory určeneacute k

průchodu vodičů ze zadniacute čaacutesti plechu (od napaacutejeciacutech svorek) do rozvaděčoveacuteho kanaacutelu na straně

předniacute Pro tuto potřebu jsou stejneacute otvory vyvrtaacuteny takeacute do dna kanaacutelu Ve spodniacute čaacutesti jsou

otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky pomociacute kteryacutech je zajištěno napaacutejeniacute panelu a poteacute napaacutejeniacute motoru

a 3 otvory na ovlaacutedaciacute tlačiacutetka k zajištěniacute ovlaacutedaacuteniacute motoru Uchyceniacute plechu k nosneacute konstrukci

je provedeno samořeznyacutemi šroubky M5 v roziacutech plechu

Obr 42 Naacutevrh plechu panelu

Vyacutekres plechu s udaacuteniacutem koacutet je obsažen v přiacuteloze praacutece viz Obr 01

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 43

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 44

42 Scheacutema zapojeniacute přiacutepravku

Demonstračniacute panel je uzpůsoben pro reverzniacute chod trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 44 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho přiacutepravku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 45

43 Vyacuteslednyacute přiacutepravek

Vyacuteslednyacute osazenyacute a zapojenyacute přiacutepravek určenyacute pro laboratorniacute uacutelohu doplněnyacute vhodnyacutemi

štiacutetky pro ovlaacutedaacuteniacute a zapojeniacute napaacutejeciacute siacutetě (VSTUP) a motoru (VYacuteSTUP)

Obr 45 Demonstračniacute přiacutepravek

Zadniacute čaacutest panelu s izolovaacuteniacutem konektorů FASTON pomociacute teplem smrštitelneacute bužiacuterky před

nebezpečnyacutem dotykem živeacute čaacutesti

Obr 46 Zadniacute pohled

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 46

44 Demonstračniacute kufr pro ABB

Pro společnost ABB sro byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 prezentujiacuteciacute

jeho možnosti Zaacutekladniacutem požadavkem naacutevrhu bylo řešeniacute pomociacute jednofaacutezoveacuteho napaacutejeniacute

Jelikož UMC100 je uzpůsobeno pro chod trojfaacutezovyacutech motorů je použit frekvenčniacute měnič

ACS50 kteryacute nabiacuteziacute při napaacutejeniacute pomociacute jednofaacutezoveacute siacutetě na sveacutem vyacutestupu napětiacute 3x230V50Hz

Pro digitaacutelniacute vstupy UMC100 a rozšiřovaciacuteho modulu DX111 je navrženo použitiacute dvoupoacutelovyacutech

paacutečkovyacutech přepiacutenačů s funkciacute (ON)-OFF-ON s napětiacutem 24V DC K signalizaci aktivniacutech vstupů

a vyacutestupů je navrženo použitiacute zelenyacutech signaacutelek Ovlaacutedaciacute panel kufru obsahuje spiacutenače pro

simulaci ztraacutety napaacutejeciacute faacuteze motoru potenciometr k simulaci faacutezoveacute nesymetrie daacutele červenou

signaacutelku pro signalizaci poruchovyacutech stavů a žlutou pro chod motoru Všechny přepiacutenače a

signaacutelky jsou přiacutestupneacute uživateli prostřednictviacutem navrženeacuteho ovlaacutedaciacuteho panelu kteryacute současně

posloužiacute jako kryt kufru (Obr 02) Jelikož pro přenosnyacute kufr neniacute nejvhodnějšiacute použitiacute

asynchronniacuteho motoru je proto použit 6-poacutelovyacute synchronniacute motor s přiacutekonem 23VA

vyacutestupniacutem vyacutekonem 105W a jmenovityacutem proudem 100mA

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 47

Obr 47 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho kufru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 48

SIMULACE OCHRAN 5Kapitola obsahuje soupis simulaciacute ochran ktereacute jsou demonstrovaacuteny v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jež se zabyacutevaacute problematikou UMC100 Z širokeacute škaacutely ochran jsou vybraacuteny 4 situace ktereacute

se v průmyslu často vyskytujiacute

51 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

K nasimulovaacuteniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii je použit posuvnyacute potenciometr kteryacute je

připojen na svorky (12) Pomociacute potenciometru bude snižovaacutena velikost napětiacute na přiacutevodniacute faacutezi

do motoru (L1) Pro demonstraci ochrany je použit napěťovyacute modul VI150 spolu s UMC100 Na

svorky modulu označeneacute (L1L2 a L3) jsou přivedeny faacuteze v uvedeneacutem sledu Při zvyšovaacuteniacute

odporu rezistoru ve faacutezi dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute napětiacute na přiacutevodniacute svorce (L1) vlivem rostouciacuteho

uacutebytku napětiacute na daneacutem rezistoru Je-li napěťovyacute modul propojen vodičem s UMC a je-li spraacutevně

nastaven UMC vyhodnotiacute po určiteacutem poklesu napětiacute a naacuterůstu proudu ve zbylyacutech dvou faacuteziacutech

(L2 a L3) jako chybovou a vybaviacute Nejprve bude vybaveno varovaacuteniacute a poteacute dojde k odpojeniacute

motoru

52 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze je motor vystaven vysokeacutemu riziku což většinou vede k jeho

zničeniacute Demonstrace ochrany proběhne uacuteplnyacutem odpojeniacutem napaacutejeciacute faacuteze L2 Pro vybaveniacute

ochrany neniacute zapotřebiacute aby byl motor v chodu neboť použitiacute napěťoveacuteho modulu VI150

detekuje nepřiacutetomnost napětiacute faacuteze a vybaviacute Při chodu motoru ochrana vybaviacute od 15s pro třiacutedu

5E a do 12s pro 40E podle nastaveneacute třiacutedy přetiacuteženiacute viz Tab 32 Princip funkce při chodu

motoru spočiacutevaacute v porovnaacuteniacute nejvyššiacute a nejnižšiacute naměřeneacute hodnoty faacutezoveacuteho proudu s

nastavenyacutemi uacuterovněmi Vyacutehodou je že signalizuje varovaacuteniacute ještě před samotnyacutem spuštěniacutem

motoru kdy může nastat stav že je přepaacutelena pojistka a obsluha toto nezaznamenala Mimo

přepaacuteleneacute pojistky se může takeacute jednat o uvolněnyacute nebo opotřebenyacute kontakt

53 Ochrana sledu faacuteziacute

Pro spraacutevnyacute chod motoru a diagnostiku pomociacute kontroleacuteru s použitiacutem napěťoveacuteho modulu je

zapotřebiacute dodržet sled faacuteziacute tzn Faacutezovyacute vodič L1rarrsvorka L1 L2 rarrsvorka L3 a L3rarrsvorka L3

Při zaacuteměně některyacutech faacutezovyacutech vodičů neprodleně vybaviacute ochrana sledu faacuteziacute a neniacute dovoleno

spuštěniacute motoru do okamžiku dokud neniacute obsluhou tento probleacutem vyřešen

54 PTC ochrana

Pro vyhodnocovaacuteniacute teploty vinutiacute statoru motoru sloužiacute termistor PTC Při zvyacutešeniacute teploty

nastaacutevaacute zvyacutešeniacute odporu termistoru (viz Obr 38) a motor odpojiacute Udaacutevanaacute odezva UMC na

změnu odporu je v rozmeziacute R = 34-38kΩ

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 49

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany

Z důvodu ochrany motoru neniacute vhodneacute vystavovat motor zvyacutešeneacute teplotě pro nastiacuteněniacute funkce

PTC ochrany Pro tento uacutečel posloužiacute zhotovenyacute box osazenyacute lineaacuterniacutem potenciometrem

s hodnotou odporu 25kΩ jemuž jsou předřazeny odpory 1kΩ a 330Ω

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 50

LABORATORNIacute UacuteLOHA 6

61 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100

Uacutekolem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute řiacutediacuteciacute a kontrolniacute jednotkou pro

provoz trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru UMC100

Motorovyacute kontroleacuter nabiacuteziacute 3 releacuteoveacute vyacutestupy Tyto vyacutestupy jsou připojitelneacute na napětiacute 230V AC s

maximaacutelniacutem proudem 1A Releacuteoveacute vyacutestupy sloužiacute zejmeacutena pro připojeniacute budiacuteciacutech ciacutevek stykačů

Hlavniacute vstupy jsou tvořeny seacuteriiacute svorek jež je umiacutestěnaacute ve spodniacute čaacutesti kontroleacuteru Svorky nesou

označeniacute (DI0 DI1 hellip DI5) Tyto digitaacutelniacute vstupy pracujiacute s napětiacutem 24V DC a sloužiacute pro

připojeniacute ovlaacutedaciacutech tlačiacutetek jako start motoru stop motoru reverzaci rozběh hvězda-trojuacutehelniacutek

nebo např použitiacute vstupu pro koncovyacute spiacutenač pro připojeniacute pomocnyacutech kontaktů stykačů či

funkci aktuaacutetor kdy je ovlaacutedaacuten pohon ventilu Vše podle nastaveniacute uživatele a pracovniacuteho

procesu Vedle hlavniacutech vstupniacutech kontaktů se nachaacuteziacute takeacute jeden vyacutestupniacute s označeniacutem (DO3)

Tento digitaacutelniacute vyacutestup lze využiacutet k připojeniacute 24V DC signalizačniacute kontrolky pro chybovaacute hlaacutešeniacute

modulu UMC100 nabiacuteziacute integrovanyacute vstup pro připojeniacute PTC termistoru Diacuteky PTC jsme

schopni hliacutedat teplotu statoroveacuteho vinutiacute a předejiacutet tiacutem zaacutevažneacutemu poškozeniacute motoru

Hlavniacute obvod

Měřeniacute proudu faacutezovyacutemi vodiči je řešeno pomociacute 3 průvlečnyacutech ok integrovanyacutech v modulu

Tato průvlečnaacute oka jsou měřiacuteciacutemi transformaacutetory proudu navinutyacutemi na toroidniacutem jaacutedře Diacuteky

těmto transformaacutetorům je kontroleacuter schopnyacute měřit proud v rozsahu 024 až 63A Pro vyššiacute

hodnoty proudů až 850A se použiacutevaacute externiacute proudovyacute transformaacutetor

Možnost rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru

UMC se v průmyslovyacutech aplikaciacutech nejčastěji použiacutevaacute s využitiacutem napěťoveacuteho a rozšiřovaciacuteho

(vstupně-vyacutestupniacuteho) modulu Pro laboratorniacute uacutelohu je použit napěťovyacute modul VI150 a

rozšiřovaciacute modul DX122 jenž jsou připojeny k UMC pomociacute UMCIO-CAB přes svorky

s označeniacutem Ca a Cb

Napěťovyacute modul VI150

K demonstraci kontroleacuteru je použit modul s označeniacutem VI150 Zařiacutezeniacute disponuje konektory pro

připojeniacute faacutezovyacutech vodičů (L1 L2 a L3) a je schopneacute měřit hodnotu sdruženeacuteho napětiacute siacutetě

S naměřenyacutemi hodnotami faacutezoveacuteho proudu pomociacute UMC dostaacutevaacuteme takeacute hodnotu faacutezoveacuteho

posuvu mezi napětiacutem a proudem tedy uacutečiniacuteku cos φ Z těchto naměřenyacutech parametrů vypočiacutetaacute

řiacutediacuteciacute jednotka kontroleacuteru činnyacute přiacutekon Ovšem pro spraacutevnou detekci napětiacute je nutneacute dodržet

zapojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 51

Vstupně-vyacutestupniacute modul DX122

Modul umožňuje rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru o dalšiacutech 8 digitaacutelniacutech vstupů na napětiacute 110-230V AC 4

releacuteoveacute vyacutestupy a 1 analogovyacute vyacutestup Pomociacute programu ABB Asset Vision Basic je možneacute

přiacutemeacute přiřazeniacute parametrů a programovaacuteniacute UMC100 a takeacute všech zařiacutezeniacute kteraacute jsou vybavena

DTM (Device Type Manager)- naacutestroj pro konfiguraci a spraacutevu zařiacutezeniacute

Komunikačniacute modul MTQ22

O komunikaci mezi UMC a PC se staraacute modul MTQ22 V software vytvořeneacutem pomociacute

vyacutevojoveacuteho prostřediacute LabVIEW lze sledovat aktuaacutelniacute měřeneacute veličiny zobrazenaacute varovaacuteniacute

poruchovyacutech stavů informace o stavu vstupů a vyacutestupů apod

Napaacutejeciacute zdroj

Napaacutejeniacute modulů zajišťuje zdroj CP-D 2413A s regulaciacute vyacutestupniacuteho napětiacute Regulace je možnaacute

v rozpětiacute 24-28V DC Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute zdroje je umožněna z důvodu požadavku

přesneacuteho napětiacute 24V DC Vlivem zatiacuteženiacute (napaacutejeniacute UMC VI a DX) vyacutestupniacute napětiacute zdroje klesaacute

podle zatěžovaciacute charakteristiky přiacuteslušneacuteho zdroje CP-D sloužiacute takeacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacutech

vstupů UMC

Ochranneacute funkce

UMC nenabiacuteziacute pouze možnost měřeniacute faacutezoveacuteho proudu ale takeacute řadu ochran při poruchovyacutech

stavech provozu Nejčastěji v praxi využiacutevanaacute ochrana je ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute kteraacute

je doprovaacutezena varovnou signalizaciacute nastaacutevajiacuteciacute poruchy

Ochrana motoru při proudoveacutem podtiacuteženiacute pracuje na obdobneacutem principu jako předchoziacute ochrana

Kontroleacuter monitoruje hladinu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu Při jeho poklesu pod nastavenou

uacuteroveň maximaacutelniacuteho dovoleneacuteho poklesu (udaacutevaneacute relativně v k jmenoviteacutemu In) dochaacuteziacute k

signalizaci chyby a odpojeniacute motoru od siacutetě

PTC ochrana spočiacutevaacute v hliacutedaacuteniacute teploty statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru pomociacute PTC

termistoru V našem přiacutepadě je použito lineaacuterniacuteho potenciometru kdy se zvyšujiacuteciacutem se odporem

potenciometru simulujeme zvyšujiacuteciacute se teplotu statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru

Při ztraacutetě některeacute napaacutejeciacute faacuteze motoru dochaacuteziacute k okamžiteacutemu blokovaacuteniacute startu motoru

Ochrana sledu faacuteziacute zajistiacute spraacutevneacute zapojeniacute vodičů L1 L2 a L3 ktereacute je slučitelneacute s nastaveniacutem v

UMC

Vlivem přerušovaneacuteho provozu např S3 kdy nedochaacuteziacute v době klidu a odpojeniacute motoru k

poklesu teploty na teplotu okoliacute může vybavit Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute - Thermal

Overload Protection (TOL)

Zablokovaniacute rotoru byacutevaacute způsobeno přiacuteliš vysokyacutem zaacutetěžnyacutem momentem Mz na hřiacutedeli motoru

nebo mechanickou poruchou Kontroleacuter je při startu schopen detekovat tento stav

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 52

62 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute uacutelohy a scheacutema zapojeniacute panelu

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 53

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 54

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha

Štiacutetek použiteacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 64 Štiacutetek motoru

63 Popis scheacutematu zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

Na vstupniacute svorky s označeniacutem VSTUP (L1 L2 L3 N PE) jsou přivedeny přiacuteslušneacute vodiče

z pracovniacuteho stolu Hlavniacute 16A jistič s vypiacutenaciacute charakteristikou typu C sloužiacute pro jištěniacute siloveacute

čaacutesti obvodu Pro jištěniacute napaacutejeciacuteho zdroje CP-D sloužiacute tavnaacute pojistka 2T250V Napěťoveacute

vstupy na modul VI150 jsou jištěny tavnou pojistkou F125250V Posuvnyacute potenciometr

umiacutestěnyacute na faacutezoveacutem vodiči L1 sloužiacute k demonstraci ochrany při faacutezoveacute nesymetrii

Komunikačniacute modul MTQ22 zajišťuje komunikaci mezi UMC a PC kdy prostřednictviacutem

Ethernetoveacute siacutetě jsme schopni čiacutest měřeneacute veličiny

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 55

64 Pracovniacute postup

1 Seznamte se s kontroleacuterem UMC100 a ostatniacutemi komponenty použityacutemi pro laboratorniacute

uacutelohu a se scheacutematem zapojeniacute uacutelohy

2 Připojte elektromotor a vstupniacute svorky na přiacuteslušneacute zdiacuteřky Před připojeniacutem vyacutekonoveacuteho

potenciometru ověřte měřeniacutem jeho minimaacutelniacute a maximaacutelniacute hodnotu odporu a

poznamenejte si je

3 Připojte potenciometr na určeneacute zdiacuteřky označeneacute čiacutesly 1 a 2 a nastavte hodnotu odporu

4 Po kontrole zapojeniacute vyučujiacuteciacutem zapněte pracoviště a nastavte autotransformaacutetor na 100

vyacutestupniacuteho napětiacute Zapněte hlavniacute jistič Kontrola a nastaveniacute komunikace mezi UMC

DX a VI

Nastaveniacute Komunikace se provede přes LCD displej naacutesledujiacuteciacutem způsobem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on

5 Stiskem tlačiacutetka VPŘED nebo VZAD na panelu uvedeme motor do chodu Pro přechod

z jednoho směru do druheacuteho je nutneacute nejprve zastavit motor tlačiacutetkem STOP Při

zastaveniacute je kontroleacuterem motor blokovaacuten po dobu 3s před dalšiacutem spuštěniacutem z důvodu

doběhu motoru Pohybem tlačiacutetek nahoru dolů pomociacute LCD v hlavniacute nabiacutedce - UMC -

můžeme sledovat aktuaacutelniacute proud motoru sdruženeacute napětiacute odebiacuteranyacute přiacutekon ze siacutetě

uacutečiniacutekhellip

6 Při provaacuteděniacute uacutelohy na brzdě (dynamometru) ověřte funkci ochrany při zablokovaacuteniacute

rotoru funkci ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a proudoveacutem přetiacuteženiacute

7 Při vybaveniacute každeacute z ochran zaznamenejte hodnotu kdy vypnula Před novyacutem startem je

důležiteacute přečiacutest zaacuteznam důvodu poruchy a proveacutest reset na panelu UMC100-PAN jinak je

START blokovaacuten

65 Měřeniacute

OCHRANA PŘED PŘEHŘAacuteTIacuteM MOTORU

Potenciometrem označenyacutem PTC je zvyšovaacutena hodnotu odporu do okamžiku kdy dojde

k odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě zapůsobeniacutem PTC ochrany Hodnota odporu potenciometru

při vybaveniacute ochrany je určena měřeniacutem na 341kΩ Odpoviacutedajiacuteciacute hodnotu teploty motoru

odečteme z grafu a hodnoty odporu potenciometru při vypnutiacute

Do tabulky zapište změřenou hodnotu odporu potenciometru při vypnutiacute Při teacuteto hodnotě odporu

odečtěte teplotu motoru z grafu Ziacuteskanou teplotu porovnejte s vypočtenou teplotou motoru

Tabulka naměřenyacutech a vypočtenyacutech hodnot

R ϑg R0 ϑ

[Ω] [degC] [Ω] [degC]

3410 136 1320 13626

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 56

Vyacutepočet vychaacuteziacute ze vztahu pro zaacutevislost elektrickeacuteho odporu vodiče na teplotě

(651)

kde

(652)

Po uacutepravě pak

α - teplotniacute součinitel elektrickeacuteho odporu (K-1

) (α = 001162 K-1

)

R0 - odpor potenciometru v zaacutekladniacute poloze

R - odpor potenciometru při vybaveniacute ochrany

ϑg - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute odečtenaacute z grafu

ϑ - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute ndash vypočtenaacute

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

R [

Ω]

ϑ [degC]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 57

Vinutiacute motoru je izolovaacuteno izolaciacute třiacutedy F (155)

Třiacuteda izolace A E B F H

Okolniacute teplota [degC] 40 40 40 40 40

Povolenyacute naacuterůst teploty [degC] 60 75 80 105 125

Teplotniacute rezerva 5 5 10 10 15

Konečnaacute teplota 105 120 130 155 180

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru [12]

OCHRANA PŘED NESPRAacuteVNYacuteM SLEDEM FAacuteZIacute

Nedodrženiacutem sledu napaacutejeciacutech faacutezovyacutech vodičů (zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů svorek L2 a L3)

jak je nastaveno v UMC provaacutediacute napěťovyacute modul blokaci startu motoru V tomto přiacutepadě

vybavuje neprodleně ochrana sledu faacuteziacute ndashPhase sequence Funkci zaznamenejte do protokolu

OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII

Zvyšovaacuteniacutem odporu vyacutekonoveacuteho potenciometru zapojeneacuteho ve faacutezi L1 (viz scheacutema zapojeniacute

uacutelohy) dochaacuteziacute k simulaci faacutezoveacute nesymetrie siacutetě Motor je odpojen v okamžiku kdy poklesne

hodnota sdruženeacuteho napětiacute mezi faacutezemi L3 a L1 přibližně na hodnotu Us = 380V Velikost

odporu při vybaveniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii činiacute 101Ω Hodnotu nesymetrie zaznamenejte

do protokolu

OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE

Ztraacuteta faacuteze se realizuje pomociacute spiacutenače v pracovniacutem stole kdy odpojiacuteme napaacutejeciacute faacutezi Změřte

čas od odpojeniacute faacuteze L2 do vybaveniacute ochrany při ztraacutetě faacuteze a poznamenejte do protokolu

66 Demonstrace ochran při použitiacute dynamometru

OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU

K testu ochrany při zablokovaacuteniacute rotoru posloužiacute dynamometr jehož hřiacutedel je spojenaacute se hřiacutedeliacute

asynchronniacuteho motoru pomociacute spojky Hřiacutedel dynamometru je poteacute mechanicky zablokovaacutena

Stiskem přiacuteslušneacuteho tlačiacutetka je proveden start motoru a sledovaacuten proud při odpojeniacute motoru od

siacutetě a čas odpojeniacute Proud při vybaveniacute ochrany při mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru dosaacutehl

hodnoty 1978A což odpoviacutedaacute 582In

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute ndash (High current protection)

Pro simulaci proudoveacuteho přetiacuteženiacute maacuteme nastavenou hodnotu odebiacuteraneacuteho proudu na 130 pro

odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě Snižovaacuteniacutem jmenovityacutech otaacuteček motoru pomociacute dynamometru

(bržděniacutem tzn n rarr 0) dochaacuteziacute k naacuterůstu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu I Odpojeniacute nastalo při

odebiacuteraneacutem proudu 447A Nastaveneacute hodnotě (13In ) naacuteležiacute proud 442A Tiacutem lze konstatovat

že vyacutesledek měřeniacute je srovnatelnyacute s hodnotami uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute

Stav proudoveacuteho podtiacuteženiacute nedostatečneacuteho proudoveacuteho zatiacuteženiacute použiacutevanyacute zejmeacutena u čerpadel

je simulovaacuten pomociacute dynamometru kdy je nastavenaacute hodnota poklesu aktuaacutelniacuteho proudu na

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 58

085In a čas odpojeniacute od siacutetě na 10s Po roztočeniacute a zatiacuteženiacute motoru na hodnotu jmenoviteacuteho

proudu jsou pomociacute dynamometru zvyšovaacuteny otaacutečky motoru n Tento proces maacute za naacutesledek

snižovaacuteniacute aktuaacutelniacuteho proteacutekaneacuteho proudu I kdy motor ztraacuteciacute zatiacuteženiacute Nastaveneacute hodnotě

podtiacuteženiacute odpoviacutedaacute aktuaacutelniacute proud 289A Při dosaženiacute teacuteto uacuterovně je spuštěn odpočet a motor za

10s odpojen

67 Vyhodnoceniacute a zaacutevěr

Vyacutesledkem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute technologiiacute pro diagnostiku

veličin při chodu trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru Při demonstračniacute simulaci ochran byly

dosaženy naacutesledujiacuteciacute vyacutesledky PTC ochrana vybavuje při hodnotě odporu 341kΩ Tato hodnota

odpoviacutedaacute teplotě ϑg = 136degC odečteneacute z grafu Vypočtenaacute teplota ϑ = 13626degC Vyacuterobce uvaacutediacute

zapůsobeniacute ochrany při hodnotě odporu v rozsahu 34-38kΩ Zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů L2 a

L3 proběhla okamžitaacute blokace spuštěniacute motoru Faacutezovaacute nesymetrie vybavila při poklesu napětiacute o

5 Ztraacutetou napaacutejeciacute faacuteze proběhlo odpojeniacute motoru v čase t = 15s Čas odpojeniacute odpoviacutedaacute třiacutedě

přetiacuteženiacute 5E kteraacute je nastavena

Při testu za použitiacute dynamometru bylo zjištěno že při zablokovaneacutem rotoru motoru zapůsobil

kontroleacuter při nastaveneacutem přetiacuteženiacute 3In Teacuteto hodnotě naacuteležiacute proud 102A Jelikož je nastavena

třiacuteda přetiacuteženiacute 5E ktereacute naacuteležiacute interval 15s a poteacute odpojeniacute motoru tak během tohoto okamžiku

vzrostla hodnota proudu na 1978A což odpoviacutedaacute 582In Při proudoveacutem přetiacuteženiacute odpoviacutedaly

vyacutesledky měřeniacute nastaveneacute hodnotě přetiacuteženiacute 13In Ve stavu proudoveacuteho podtiacuteženiacute zapůsobila

ochrana spraacutevně dle nastaveneacuteho poklesu proudu na 085In

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 3: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

Abstrakt

Bakalaacuteřskaacute praacutece pojednaacutevaacute o motoroveacutem kontroleacuteru UMC100-FBP společnosti ABB sro

kdy jsou představeny možnosti využitiacute teacuteto technologie pro chod trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho

motoru Pro demonstraci je navržena vyrobena a zprovozněna laboratorniacute uacuteloha představujiacuteciacute

v praxi zaacutevažneacute poruchoveacute stavy motoru Konstrukčniacute naacutevrh spolu s elektrickyacutem scheacutematem

jsou provedeny pomociacute softwaru AutoCAD a Inventor Professional

Abstract

Bachelorrsquos thesis conserning motor controller UMC100-FBP by ABB sro shows usage

possibilities of this technology for 3-phase asynchronous motor For demonstration was

laboratory task designed and developed It shows serious defective states of motor in practice

Construction plan and electrical diagram were made in AutoCAD and Inventor Professional

Kliacutečovaacute slova

Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter napěťovyacute modul rozšiřovaciacute modul ovlaacutedaciacute panel

asynchronniacute motor

Keywords

Universal Motor Controller voltage module expansion module control panel asynchronous

motor

Bibliografickaacute citace

JANAacuteČEK M Školiacuteciacute přiacutepravek pro motorovyacute kontroleacuter UMC100 Brno Vysokeacute učeniacute

technickeacute v Brně Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute 2014 63 s Vedouciacute

bakalaacuteřskeacute praacutece Ing Petr Dohnal PhD

Prohlaacutešeniacute

Prohlašuji že svou bakalaacuteřskou praacuteci na teacutema Školiacuteciacute přiacutepravek pro motorovyacute kontroleacuter

UMC100 jsem vypracoval samostatně pod vedeniacutem vedouciacuteho bakalaacuteřskeacute praacutece a s použitiacutem

odborneacute literatury a dalšiacutech informačniacutech zdrojů ktereacute jsou všechny citovaacuteny v praacuteci a uvedeny

v seznamu literatury na konci praacutece

Jako autor uvedeneacute bakalaacuteřskeacute praacutece daacutele prohlašuji že v souvislosti s vytvořeniacutem teacuteto

bakalaacuteřskeacute praacutece jsem neporušil autorskaacute praacuteva třetiacutech osob zejmeacutena jsem nezasaacutehl

nedovolenyacutem způsobem do ciziacutech autorskyacutech praacutev osobnostniacutech a jsem si plně vědom naacutesledků

porušeniacute ustanoveniacute sect 11 a naacutesledujiacuteciacutech autorskeacuteho zaacutekona č 1212000 Sb včetně možnyacutech

trestněpraacutevniacutech důsledků vyplyacutevajiacuteciacutech z ustanoveniacute sect 152 trestniacuteho zaacutekona č 1401961 Sb

V Brně dne helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Podpis autora helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Poděkovaacuteniacute

Děkuji vedouciacutemu bakalaacuteřskeacute praacutece Ing Petru Dohnalovi PhD za uacutečinnou metodickou

pedagogickou a odbornou pomoc a dalšiacute cenneacute rady při zpracovaacuteniacute meacute bakalaacuteřskeacute praacutece Dalšiacute

poděkovaacuteniacute směřuji k Ing Rostislavu Huzliacutekovi za odbornou pomoc při řešeniacute v oblasti

elektrickyacutech pohonů a Ing Vladimiacuteru Horychovi ze společnosti ABB sro za poskytnuteacute

podklady a odborneacute rady

V Brně dne helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Podpis autora helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 7

OBSAH

SEZNAM OBRAacuteZKŮ 9

SEZNAM TABULEK 11

SEZNAM SYMBOLŮ A ZKRATEK 12

UacuteVOD 14

MOTOROVYacute KONTROLEacuteR 15 1

11 UNIVERZAacuteLNIacute MOTOROVYacute KONTROLEacuteR UMC100-FBP 15

12 INSTALACE 16

TECHNICKEacute VYBAVENIacute UMC100-FBP 17 2

21 KOMPAKTNIacute ZAacuteKLADNIacute JEDNOTKA 17

211 STAVEBNIacute BLOKY 18

22 OVLAacuteDACIacute PANEL UMC100-PAN 19

23 NAPĚŤOVYacute A ROZŠIŘOVACIacute MODUL 20

231 NASTAVENIacute KOMUNIKACE 20

232 VI15X- FBP 20

233 DX111-FBP 22

234 DX122-FBP 22

24 PROUDOVYacute MĚŘIacuteCIacute TRANSFORMAacuteTOR 24

241 EXTERNIacute PROUDOVYacute TRANSFORMAacuteTOR CTS 25

25 MONITOROVACIacute ZAŘIacuteZENIacute ZEMNIacuteHO SPOJENIacute CEM11-FBP 28

26 NAPAacuteJECIacute ZDROJ 29

27 KOMUNIKAČNIacute MODUL MTQ22-FBP 30

OCHRANNEacute FUNKCE 31 3

31 OCHRANA PŘI TEPELNEacuteM PŘETIacuteŽENIacute 31

311 URČENIacute TEPLOTY VINUTIacute A VYPIacuteNACIacute TŘIacuteDY 32

32 OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU 34

33 OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute 35

34 OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute 35

341 ČINNYacute PŘIacuteKON A UacuteČINIacuteK 37

35 OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII 39

36 OCHRANA SLEDU FAacuteZIacute 39

37 OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE 39

38 PTC OCHRANA 39

381 TERMISTOR 39

382 PRINCIP PTC OCHRANY V UMC 40

39 OCHRANA PŘI ZEMNIacuteM SPOJENIacute 40

DEMONSTRAČNIacute PŘIacutePRAVEK 41 4

41 NAacuteVRH PŘIacutePRAVKU 41

42 SCHEacuteMA ZAPOJENIacute PŘIacutePRAVKU 44

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 8

43 VYacuteSLEDNYacute PŘIacutePRAVEK 45

44 DEMONSTRAČNIacute KUFR PRO ABB 46

SIMULACE OCHRAN 48 5

51 OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII 48

52 OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE 48

53 OCHRANA SLEDU FAacuteZIacute 48

54 PTC OCHRANA 48

LABORATORNIacute UacuteLOHA 50 6

61 UNIVERZAacuteLNIacute MOTOROVYacute KONTROLEacuteR UMC100 50

62 BLOKOVEacute SCHEacuteMA ZAPOJENIacute UacuteLOHY A SCHEacuteMA ZAPOJENIacute PANELU 52

63 POPIS SCHEacuteMATU ZAPOJENIacute LABORATORNIacute UacuteLOHY 54

64 PRACOVNIacute POSTUP 55

65 MĚŘENIacute 55

66 DEMONSTRACE OCHRAN PŘI POUŽITIacute DYNAMOMETRU 57

67 VYHODNOCENIacute A ZAacuteVĚR 58

ZAacuteVĚR 59 7

LITERATURA 60

PŘIacuteLOHY 61

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 9

SEZNAM OBRAacuteZKŮ Obr 11 Instalace UMC100-FBP na DIN lištu 16

Obr 21 Vnějšiacute popis UMC100-FBP a s připojenyacutem UMC100-PAN 17

Obr 22 Zaacutekladniacute blokoveacute scheacutema UMC100-FBP a tok dat mezi hlavniacutemi čaacutestmi zařiacutezeniacute 18

Obr 23 Popis UMC100-PAN 19

Obr 24 Struktura napěťoveacuteho modulu VI150 21

Obr 25 Vnějšiacute popis modulu VI150 pro UMC100-FBP 21

Obr 26 Vnějšiacute popis IO modulu DX122-FBP pro UMC100-FBP 23

Obr 27 Magnetizačniacute charakteristika feromagnetickeacuteho materiaacutelu 24

Obr 28 Měřiacuteciacute transformaacutetor proudu 24

Obr 29 Konstrukce CT4L185R4 a CT4L310R4 26

Obr 210 Konstrukce CT5L500R4 a CT5L850R4 26

Obr 211 UMC100-FBP s CT a VI150 26

Obr 212 Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů proudu 27

Obr 213 Zapojeniacute CEM11-FBP do obvodu 28

Obr 214 Zatěžovaciacute charakteristika zdroje CP-D 2413 29

Obr 215 Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A 29

Obr 216 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP 30

Obr 31 Vypiacutenaciacute třiacutedy pro UMC100-FBP 33

Obr 32 Obvodovyacute model asynchronniacuteho motoru pro jednu faacutezi statoroveacuteho vinutiacute ndash nakraacutetko 34

Obr 33 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu přetiacuteženiacute 35

Obr 34 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute 36

Obr 35 Blokoveacute scheacutema ochrany proti proudoveacutemu podtiacuteženiacute 37

Obr 36 Charakteristiky asynchronniacuteho motoru při zatiacuteženiacute 38

Obr 37 Graf zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti P2 38

Obr 38 Zaacutevislost odporu termistoru na teplotě 40

Obr 41 Nosnaacute konstrukce 41

Obr 42 Naacutevrh plechu panelu 42

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent 43

Obr 44 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho přiacutepravku 44

Obr 45 Demonstračniacute přiacutepravek 45

Obr 46 Zadniacute pohled 45

Obr 47 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho kufru 47

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 10

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany 49

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu 49

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy 52

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu 53

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha 54

Obr 64 Štiacutetek motoru 54

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru 56

Obr 01 Plech 61

Obr 02 Kryciacute panel kurfu 62

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 63

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 11

SEZNAM TABULEK Tab 21 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX111-FBP 22

Tab 22 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX122-FBP 22

Tab 23 Typy externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů s měřenyacutem rozsahem proudu 25

Tab 24 Rozměry vyraacuteběnyacutech CEM11-FBPs udaacutevanyacutemi hodnotami svodovyacutech proudů 28

Tab 31 Ochranneacute funkce 31

Tab 32 Třiacutedy přetiacuteženiacute a čas odpojeniacute 31

Tab 33 Princip funkce logickeacuteho hradla AND 37

Tab 41 Seznam použityacutech komponent 41

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty 55

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru 57

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute 63

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 12

SEZNAM SYMBOLŮ A ZKRATEK

Zkratka Symbol Vyacuteznam Jednotka

AC Střiacutedavyacute proud (napětiacute) [A (V)]

B Magnetickaacute indukce [T]

cos φ Uacutečiniacutek [-]

DC Stejnosměrnyacute proud (napětiacute) [A (V)]

DTM Device Type Manager

FBP FieldBusPlug

H Intenzita magnetickeacuteho pole [Am]

I Aktuaacutelniacute hodnota proudu [A]

I1z Zaacuteběrnyacute proud [A]

If Procentuaacutelniacute poměr proudu []

Imax Maximaacutelniacute hodnota proudu [A]

Imin Minimaacutelniacute hodnota proudu [A]

In Jmenovityacute proud [A]

Iodp Hodnota proudu při odpojeniacute []

Ivar Varovnaacute hodnota proudu []

Ix Konec startu motoru []

Mz Zatěžovaciacute moment [Nm]

n Otaacutečky motoru [otmin]

nn Jmenoviteacute otaacutečky [otmin]

P Činnyacute vyacutekon [W]

P1 Činnyacute přiacutekon [W]

P2 Mechanickyacute vyacutekon na hřiacutedeli [W]

Pn Jmenovityacute vyacutekon [W]

Q1 Jalovyacute přiacutekon [var]

R Elektrickyacute odpor [Ω]

Rlsquo2s Celkovyacute činnyacute odpor rotoru [Ω]

R1 Odpor statoroveacuteho vinutiacute [Ω]

RFe Činnyacute odpor magnetickeacuteho obvodu [Ω]

s Skluz [-]

to Doba rozběhu [s]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 13

todp Zpožděniacute odpojeniacute [s]

TOL Thermal Overload Protection

TTC Time To Cool [s]

TTT Time To Trip [s]

tvar Zpožděniacute varovaacuteniacute [s]

U1 Vstupniacute napětiacute [V]

UMC Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter

Un Jmenoviteacute napětiacute [V]

Xrsquor20 Reaktance zabržděneacuteho rotoru [Ω]

Xm Reaktance magnetickeacuteho obvodu [Ω]

Xr1 Reaktance statoroveacuteho vinutiacute [Ω]

Φ Magnetickyacute tok [Wb]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 14

UacuteVOD

Bakalaacuteřskaacute praacutece je založena na naacutevrhu a vyacuterobě demonstračniacuteho přiacutepravku pro motorovyacute

kontroleacuter UMC100-FBP Tento přiacutepravek posloužiacute pro laboratorniacute uacutelohu v předmětu Elektrickeacute

přiacutestroje a takeacute jako prezentačniacute aparaacutet UMC100-FBP a rozšiřovaciacutech modulů pro společnost

ABB sro Finaacutelniacute zařiacutezeniacute je realizovaacuteno pro chod ochranu a diagnostiku trojfaacutezoveacuteho

asynchronniacuteho motoru Praacutece je rozdělena do několika hlavniacutech čaacutestiacute Nejprve je přibliacuteženo

UMC100-FBP Tato čaacutest všeobecně sloužiacute pro seznaacutemeniacute se s motorovyacutem kontroleacuterem jeho

zevnějškem a možnostmi Praacutece je daacutele rozšiacuteřena o přiacutedavneacute rozšiřovaciacute moduly ktereacute lze v praxi

použiacutet společně s UMC100-FBP Uvedeny jsou i informace o připojitelneacutem ovlaacutedaciacutem LCD

panelu UMC100-PAN Kapitola č3 přibliacutežiacute ochranneacute funkce nabiacutezeneacute kontroleacuterem V dalšiacute čaacutesti

je obsažen naacutevrh aparatury pro demonstraci UMC100 a jeho funkciacute podrobneacute scheacutema zapojeniacute

tohoto přiacutepravku a samotnou laboratorniacute uacutelohu na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter

UMC100

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 15

MOTOROVYacute KONTROLEacuteR 1

Efektivniacute využiacutevaacuteniacute energie v průmyslu je důležiteacute Z praxe bylo zjištěno že viacutece jak 40

elektrickeacute energie vyrobeneacute na zemi je spotřebovaacutevaacuteno praacutevě v průmyslovyacutech odvětviacutech a z toho

až 65 je spotřebovaacutevaacuteno elektrickyacutemi motory Jak již samotnyacute naacutezev napoviacutedaacute jednaacute se o

zařiacutezeniacute určeneacute předevšiacutem pro hliacutedaacuteniacute chodu asynchronniacuteho motoru Hlavniacute funkciacute motoroveacuteho

kontroleacuteru je diagnostika veličin se kteryacutemi motor pracuje Vyacutesledkem operace byacutevaacute sled

informaciacute ktereacute jsou předaacutevaacuteny obsluze nebo dispečinku Data o zkoumaneacutem motoru je možneacute

ziacuteskat buď formou integrovaneacuteho popř připojitelneacuteho zobrazovaciacuteho prvku nebo

prostřednictviacutem konektoru kteryacute komunikuje pomociacute datoveacute sběrnice s počiacutetačem V obou

přiacutepadech jsou obsluze poskytovaacutena rozsaacutehlaacute provozniacute servisniacute a diagnostickaacute data motoru

Takto ziacuteskaneacute informace umožňujiacute obsluze odhalovat chyby omezit je nebo jim dokonce

v budoucnu zabraacutenit a tiacutem i předejiacutet možneacutemu poškozeniacute motoru resp neplaacutenovaneacutemu vyacutepadku

vyacuteroby[13]

11 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP

Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP (daacutele jen UMC100) společnosti ABB sro je

zařiacutezeniacute použiacutevaneacute pro řiacutezeniacute ochranu a sledovaacuteniacute chodu trojfaacutezovyacutech asynchronniacutech motorů

UMC100-FBP je naacutestupcem staršiacuteho modelu řiacutediacuteciacute jednotky UMC22-FBP kteraacute se ve světě

využiacutevaacute v mnoha projektech Nejčastějšiacute průmyslovaacute odvětviacute použiacutevajiacuteciacute UMC22 i UMC100 jsou

např

rafinerie

technickeacute vybaveniacute elektraacuteren

těžba nerostnyacutech surovin

chemickyacute průmysl

papiacuterny

ocelaacuterny

potravinaacuteřstviacute a vyacuteroba naacutepojů

Jako naacutestupce staršiacuteho typu kontroleacuteru se použiacutevaacute již zmiacuteněnaacute UMC100 kteraacute od ochrany a

řiacutezeniacute motoru nabiacuteziacute i detekci vyacutepadku napaacutejeciacute faacuteze motoru nastavitelnou ochranu během

rozběhu nebo normaacutelniacutem provozu a mnoho dalšiacutech funkciacute ktereacute budou daacutele zmiacuteněny Použitiacute

UMC100 je diacuteky sveacute velikosti programovatelnosti a integrovaneacutemu měřiacuteciacutemu systeacutemu vhodneacute

pro modernizaci zastaralyacutech rozvaacuteděčů v již zaběhlyacutech provozech

Oficiaacutelniacute naacutezev kontroleacuteru obsahuje přiacuteponu FBP UMC100 je vybaven komunikačniacutem

rozhraniacutem pro připojeniacute do různyacutech průmyslovyacutech sběrnic siacutetiacute jako je PROFIBUS DP

DeviceNet MODBUS a CANopen To vše pomociacute skupiny produktů FieldBusPlug UMC100 je

takeacute ovšem možneacute použiacutet jako samostatneacute zařiacutezeniacute bez připojeniacute řiacutediacuteciacute sběrnice Změřeneacute

veličiny při chodu motoru (napětiacute proudhellip) jsou zpracovaacutevaacuteny v řiacutediciacutem systeacutemu samotneacuteho

kontroleacuteru kde jsou okamžitě vyhodnocovaacuteny Tato schopnost pomaacutehaacute k rychleacute detekci poruchy

a k zajištěniacute dopadů na ostatniacute zařiacutezeniacute v diagnostikovaneacute soustavě Daacutele napomaacutehaacute k řešeniacute

vhodnyacutech opatřeniacute pro přiacutepad dalšiacutech negativniacutech jevů a přiacutepadnyacutech vaacutežnyacutech poruch

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 16

12 Instalace

Samotnyacute koncept uzpůsobenyacute pro tyto aplikace naacutem zapřiacutečiňuje zkraacuteceniacute uacutesiliacute a naacutemahy při

zdlouhaveacutem vodičoveacutem propojeniacute v rozvaacuteděči jelikož veškereacute požadovaneacute ochranneacute

monitorovaciacute a řiacutediacuteciacute funkce jsou integrovaacuteny do jedineacuteho modulaacuterniacuteho zařiacutezeniacute UMC100 je

možneacute diacuteky kompaktniacutemu provedeniacute veškeryacutech jeho komponent jednoduše umiacutestit do stiacutesněnyacutech

prostor vyacutesuvnyacutech rozvaacuteděčů nebo do již použiacutevanyacutech staršiacutech zařiacutezeniacute Jednaacute se o zařiacutezeniacute a

provozy kteraacute prochaacuteziacute modernizaciacute a vyžadujiacute použitiacute noveacute technologie provozu a obohaceniacute o

noveacute způsoby řiacutezeniacute a ochran motorů od zastaralyacutech a vysloužilyacutech elektromagnetickyacutech releacute

Moderniacute motoroveacute kontroleacutery se ovšem nepoužiacutevajiacute pouze pro renovace a modernizace staršiacutech

provozů ale je samozřejmostiacute že noveacute společnosti s vysokyacutem počtem až tisiacutecem motorů saacutehnou

po technologicky vyspěleacutem ochranneacutem a monitorovaciacutem zařiacutezeniacute pro trojfaacutezoveacute asynchronniacute

motory

Montaacutež zařiacutezeniacute do rozvaacuteděče je velice jednoduchaacute Postačiacute pouze všeobecně použiacutevanaacute DIN

lišta (EN50022-35) na kterou se kontroleacuter zasadiacute nebo je možneacute upevněniacute 4 šrouby M4

Demonstrativniacute zasazeniacute na DIN lištu je předvedeno na Obr 11

Obr 11 Instalace UMC100-FBP na DIN lištu[1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 17

TECHNICKEacute VYBAVENIacute UMC100-FBP 2

21 Kompaktniacute zaacutekladniacute jednotka

Zaacutekladniacute jednotka kontroleacuteru obsahuje nejdůležitějšiacute čaacutesti jako je integrovanyacute měřiciacute systeacutem

a 2 seacuterie svorek Tyto svorky tvořiacute vstupy a vyacutestupy kontroleacuteru Jsou tvořeny 6 digitaacutelniacutemi vstupy

24V DC (spodniacute svorky) 1 integrovanyacute vstupem pro připojeniacute PTC termistoru a 4 vyacutestupy (horniacute

svorky) Tyto vyacutestupy tvořiacute 3 vyacutestupniacute releacute a 1 digitaacutelniacute tranzistorovyacute vyacutestup UMC100 takeacute

disponuje třemi LED pro signalizaci stavu technickeacuteho vybaveniacute Umožňuje tedy provoz bez

použitiacute sběrnicoveacuteho systeacutemu a daacutelkoveacute přiřazeniacute parametrů přes řiacutediciacute systeacutem Na Obr 21 je

patrneacute použitiacute konektoru M12

[2]

Obr 21 Vnějšiacute popis UMC100-FBP a s připojenyacutem UMC100-PAN

1 upevňovaciacute očka pro montaacutež 4 šrouby M4 Očka je možneacute odlomit pokud bude zařiacutezeniacute

připevněno na DIN lištu

2 konektory pro připojeniacute odporoveacuteho PTC sniacutemače

3 připojovaciacute svorky pro komunikaci s IO moduly

4 zaacutestrčka M12 pro připojeniacute konektoru FieldBusPlug

5 3 stavoveacute LED kontrolky

zelenaacute ndash motor připraven

žlutaacute ndash motor je v provozu

červenaacute ndash přetiacuteženiacute nebo porucha motoru (hlaacutešeniacute chyby)

6 připojovaciacute svorky pro releacuteoveacute vyacutestupy

(šrouby nepoužiacutevanyacutech svorek musiacute byacutet dotaženy pro zajištěniacute ochrany proti naacutehodneacutemu

vyšroubovaacuteniacute a naacutesledneacutemu kontaktu)

7 konektor pro připojeniacute ovlaacutedaciacuteho LCD panelu Control Panel UMC100-PAN

8 prvniacute dvě svorky sloužiacute pro napaacutejeciacute napětiacute 24V DC 24VDC vyacutestup a DI0 až DI0 jsou

připojovaciacute svorky pro digitaacutelniacute vyacutestupy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 18

9 znaacutezorněnaacute draacuteha proudu pro napaacutejeniacute motoru vodiči o průměru až 11mm což odpoviacutedaacute

průřezu vodiče až 25mm2

211 Stavebniacute bloky

Naacutesledujiacuteciacute scheacutema demonstruje hlavniacute funkčniacute bloky UMC100 a tok dat mezi nimi Obr 22

Hlavniacute blok (Protection) obsahuje prvky souvisejiacuteciacute s ochrannyacutemi prvky Motorovaacute ochrana maacute

vždy vyššiacute prioritu než spiacutenaacuteniacute releacuteovyacutech vyacutestupů Ochrana působiacute přiacutemo na vyacutestup releacute a může

motor zastavit Pokud selže některaacute čaacutest HW zařiacutezeniacute kontrola Hardware Supervision otevře

releacuteoveacute vyacutestupy z bezpečnostniacutech důvodů automaticky Hardware Supervision neniacute možneacute

vyřadit

Měřeniacute proudu poskytuje informace o aktuaacutelniacutem proteacutekajiacuteciacutem proudu motorem kdy zařiacutezeniacute

měřiacute proud v jednotlivyacutech faacuteziacutech a vypočte středniacute hodnotu Naacutestupce původniacuteho kontroleacuteru

UMC22 použiacutevaacute aktuaacutelniacute informace o proudu a takeacute počiacutetaacute odpoviacutedajiacuteciacute teplotu motoru pomociacute

tepelneacuteho modelu Na určiteacute definovaneacute uacuterovni skutečneacute nebo vypočiacutetaneacute teploty dojde k vypnutiacute

motoru z důvodu přetiacuteženiacute

PTC input - tento vstup sloužiacute pro připojeniacute PTC termistoru pro měřeniacute skutečneacute teploty

vinutiacute motoru

Blok (Motor control) obsahuje množstviacute řiacutediacuteciacutech funkciacute Veškereacute přiacutechoziacute přiacutekazy z hlavniacuteho

panelu z digitaacutelniacutech vstupů nebo z FBP rozhraniacute jsou seřazeny a podle nastaveniacute uživatele jsou

poteacute zpracovaacutevaacuteny Blok Starter function řiacutediacute releacuteoveacute vyacutestupy Všechny bloky pracujiacute v logickeacutem

sledu Obvykle majiacute předem definovaneacute aplikace ktereacute budou provaacutedět UMC100 ovšem nabiacuteziacute i

vytvaacuteřeniacute vlastniacutech aplikaciacute [1]

Obr 22 Zaacutekladniacute blokoveacute scheacutema UMC100-FBP a tok dat mezi hlavniacutemi čaacutestmi zařiacutezeniacute [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 19

22 Ovlaacutedaciacute panel UMC100-PAN

UMC100-PAN je LCD panel kteryacutem lze rozšiacuteřit UMC100 o zobrazovaciacute prvek Tento prvek

připojiacuteme na UMC (Obr 21 7 -Konektor pro připojeniacute ovlaacutedaciacuteho LCD panelu Control Panel

UMC100-PAN) Zmiacuteněnyacute typ LCD je možneacute připojit pouze na UMC100 jelikož neniacute

kompatibilniacute se staršiacutem typem UMC22 LCD je předevšiacutem určen pro montaacutež na čelniacutem panelu

nebo na rozvaděči Ovlaacutedaciacute panel sloužiacute k lokaacutelniacutemu zobrazeniacute všech dat Poruchy (errors) a

vyacutestrahy jsou zobrazovaacuteny v nezakoacutedovaneacute podobě Externiacute zaacutevada může byacutet doplněna

individuaacutelniacutem textem např Phase loss Veškereacute parametry je možneacute nastavovat měnit a dle

potřeby chraacutenit přiacutestupovyacutem heslem

Panel sloužiacute pro zobrazeniacute veškeryacutech uacutedajů o obvodu jako např

proud prochaacutezejiacuteciacute motorem (možneacute absolutniacute zobrazeniacute v A nebo relativniacute v )

napětiacute na jednotlivyacutech faacuteziacutech L1-L3 (při použitiacute VI150(5))

aktuaacutelniacute uacutedaje o sepnutyacutech vstupech a vyacutestupech

způsob zapojeniacute motoru-přiacutemyacute chod reverzniacute chodhellip

Při vyacuteskytu přetiacuteženiacute dojde k vybaveniacute ochrany Na LCD je možneacute sledovat časovyacute odpočet

kteryacute zbyacutevaacute do dalšiacuteho možneacuteho uvedeniacute motoru do chodu po vychladnutiacute Po uplynutiacute tohoto

časoveacuteho uacuteseku může byacutet motor opět spuštěn [1]

Obr 23 Popis UMC100-PAN

1 3 stavoveacute LED

zelenaacute ndash zařiacutezeniacute připraveno

žlutaacute ndash zařiacutezeniacute v chodu

červenaacute ndash hlaacutešeniacute poruchy

2 podsviacutecenyacute LCD display

3 vstup do menu ovlaacutedaacuteniacute (Enter Control Menu)

4 vstup do menu nastaveniacute (Enter Configuration Menu)

5 posun nahoru

6 stop motoru

7 posun dolů

8 start motoru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 20

23 Napěťovyacute a rozšiřovaciacute modul

Napěťovyacute VI15x a rozšiřovaciacute (vstupně vyacutestupniacute) modul DX1xx sloužiacute pro možneacute rozšiacuteřeniacute

UMC o dalšiacute vstupy a vyacutestupy v přiacutepadě modulu DX a o měřeniacute napětiacute pomociacute modulu VI

231 Nastaveniacute komunikace

Při použitiacute rozšiřovaciacutech modulů je nejprve nutno pomociacute UMC100-PAN nastavit jejich

připojeniacute Nastaveniacute a uvedeniacute do chodu je provedeno naacutesledujiacuteciacutem způsobem

V hlavniacutem menu (ovlaacutedaacuteniacute pomociacute LCD) vybereme položku IO modules a volbu potvrdiacuteme

přiacuteslušnyacutem tlačiacutetkem Tlačiacutetky Nahoru nebo Dolů vybereme požadovanyacute modul kteryacute chceme

propojit s kontroleacuterem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on [1]

Nastaveniacutem na bdquoonldquo uvedeme moduly do provozu Funkce napěťoveacuteho modulu (VI15x) je

ověřitelnaacute jednoduchyacutem způsobem Pokud nejsou připojeny napaacutejeciacute faacuteze na svorky L1L2 a L3

modulu zařiacutezeniacute hlaacutesiacute chybu z důvodu ochrany při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze [4] [5]

232 VI15x- FBP

VI15x je přiacutedavnyacute napěťovyacute modul sloužiacuteciacute pro měřeniacute sdruženeacuteho popř faacutezoveacuteho napětiacute

motoru Z hodnot proudu měřenyacutech UMC a napětiacute pomociacute VI15x je možno vyhodnotit faacutezovyacute

posuv mezi napětiacutem a proudem Naměřeneacute hodnoty putujiacute skrze komunikačniacute kanaacutel směrem k

UMC100 K propojeniacute s UMC100 sloužiacute piny s označeniacutem Ca a Cb Daacutele modul obsahuje svorky

pro připojeniacute jednotlivyacutech faacutezovyacutech vodičů L1L2 a L3 Pro spraacutevnyacute sled faacuteziacute a jeho detekci musiacute

byacutet dodrženo spraacutevneacute zapojeniacute vzhledem k proudům měřenyacutem v UMC VI150 sloužiacute pro

připojeniacute pouze do uzemněneacute soustavy ( TN-C nebo TN-S) Modul VI155 lze naopak použiacutet jak

pro uzemněneacute soustavy (TN) tak i pro neuzemněneacute (IT) Oba typy sloužiacute k upevněniacute na DIN

lištu [1] [3]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 21

2321 Vnitřniacute struktura VI150-FBP

Obraacutezek přibližuje vnitřniacute strukturu použiteacuteho napěťoveacuteho modulu VI150

Obr 24 Struktura napěťoveacuteho modulu VI150 [3]

Obr 25 Vnějšiacute popis modulu VI150 pro UMC100-FBP

1 konektory pro komunikaci s UMC100 a pro komunikaci s rozšiřovaciacutemi moduly DX111-

FBP a DX122-FBP

2 napěťoveacute vstupy

3 releacuteovyacute vyacutestup

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 22

4 svorky pro připojeniacute napaacutejeciacuteho napětiacute 24VDC

5 3 stavoveacute LED

zelenaacute - zařiacutezeniacute připraveno

žlutaacute - varovaacuteniacute

červenaacute - porucha zařiacutezeniacute

6 popisovyacute štiacutetek

233 DX111-FBP

Modulaacuterniacute zařiacutezeniacute umožňujiacuteciacute rozšiacuteřeniacute UMC100 o dalšiacute pomocneacute vstupy a vyacutestupy

použitelneacute pro různaacute hlaacutešeniacute a vyacutestrahy Digitaacutelniacute vstupy jsou potenciaacuteloveacute s napětiacutem 24V DC

Proto je nutneacute pro ovlaacutedaciacute obvody dodržet napětiacute 24V DC nebo bezpotenciaacuteloveacute kontakty (tj

releacute) připojeneacute ze svorky +24V

Rozšiřovaciacute modul DX111-FBP nabiacuteziacute množstviacute vstupů a vyacutestupů uvedenyacutech v (Tab 21)

Vstupy 8 digitaacutelniacutech vstupů 24V DC

Vyacutestupy 4 releacuteoveacute vyacutestupy

1 analogovyacute vyacutestup

Vstupniacute napětiacute 24V DC

Vstupniacute proud 60 mA

Logickaacute 0 -312hellip+5V DC

helliphelliphelliphellipcv1 +15hellip+312V DC

Tab 21 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX111-FBP [1]

234 DX122-FBP

Multifunkčniacute modul DX122-FBP maacute srovnatelneacute vlastnosti jako předešlaacute DX111 ovšem

rozdiacutel je v tom že DX122 nabiacuteziacute osm digitaacutelniacutech vstupů pro napětiacute 110V až 230V AC

Vstupy 8 digitaacutelniacutech vstupů 110-230V AC

Vyacutestupy 4 releacuteoveacute vyacutestupy

1 analogovyacute vyacutestup

Vstupniacute napětiacute 110V AChellip 240V AC

Vstupniacute proud 60 mA

Logickaacute 0 0hellip 40V AC

helliphelliphelliphelliphellip 1 74hellip 265V AC

Tab 22 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX122-FBP [1]

Pomocnyacute rozšiřovaciacute modul se k UMC100 připojiacute na svorky Ca a Cb patrneacute na (Obr 21)

Připojeniacute lze proveacutest prostou kroucenou dvoulinkou Vzhledem k omezenyacutem prostoraacutem

rozvaacuteděčů kam je UMC100 instalovaacuteno je možneacute připojit rozšiřovaciacute modul odděleně od

kontroleacuteru a to až do vzdaacutelenosti maximaacutelniacute deacutelky 3m [1] [5]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 23

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezek (Obr 26) opět popisuje svorky a monitorovaciacute prvky DX122

Obr 26 Vnějšiacute popis IO modulu DX122-FBP pro UMC100-FBP

1 releacuteoveacute vyacutestupy (čaacutest 1)

2 releacuteoveacute vyacutestupy (čaacutest 2)

3 analogovyacute vyacutestup

4 komunikačniacute port s UMC

5 popisovyacute štiacutetek

6 digitaacutelniacute vstupy (110V AC- 230V AC)

7 3 stavoveacute LED

zelenaacute ndash zařiacutezeniacute v provozu

žlutaacute ndash vyacutestraha

červenaacute ndash porucha modulu

8 svorky pro napaacutejeniacute 24 V DC

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 24

24 Proudovyacute měřiacuteciacute transformaacutetor

Proudoveacute měřiacuteciacute transformaacutetory sloužiacute pro měřeniacute většiacutech hodnot střiacutedavyacutech proudů než je

dovoleno měřiacuteciacutem přiacutestrojem a takeacute ke galvanickeacutemu odděleniacute vedeniacute od měřiacuteciacuteho přiacutestroje

Funkce je založena na principu elektromagnetickeacute indukce Primaacuterniacute vinutiacute je tvořeno silovyacutem

vodičem měřeneacuteho vedeniacute Průchodem proudu primaacuterniacutem vedeniacutem se v magnetickeacutem obvodu

(jaacutedru) vytvaacuteřiacute magnetickyacute tok Φ a na zaacutekladě Faradayova zaacutekona elektromagnetickeacute indukce se

v sekundaacuterniacutem vinutiacute indukuje napětiacute Na sekundaacuterniacute vinutiacute je připojena měřiacuteciacute soustava

Obr 27 Magnetizačniacute charakteristika feromagnetickeacuteho materiaacutelu

Z průběhu magnetizačniacute charakteristiky feromagnetickeacuteho materiaacutelu (zaacutevislosti magnetickeacute

indukce na intenzitě magnetickeacuteho pole ) je patrnyacute stav kdy dojde k nasyceniacute magnetickeacuteho

obvodu transformaacutetoru Při nasyceniacute dochaacuteziacute ke změně vlastnostiacute feromagnetickeacuteho materiaacutelu

a křivka se od lineaacuterniacuteho průběhu odklaacuteniacute (tzv koleno magnetizačniacute křivky)

Obr 28 Měřiacuteciacute transformaacutetor proudu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 25

241 Externiacute proudovyacute transformaacutetor CTs

Externiacute přiacutestrojovyacute transformaacutetor proudu (daacutele jen PTP) se použiacutevaacute v přiacutepadě je-li jmenovityacute

proud motoru vyššiacute než 63A tzn sloužiacute k přizpůsobeniacute proudoveacuteho rozsahu na hodnotu kterou

je schopno UMC změřit UMC100 je schopneacute pracovat pomociacute sveacuteho vnitřniacuteho transformaacutetoru

proudu s proudem 024A až 63A Použitiacutem externiacuteho proudoveacuteho transformaacutetoru je možneacute měřit

až do hodnoty 850A PTP k UMC100 majiacute převod 1854 3104 5004 a 8504 Sekundaacuterniacutemu

vinutiacute odpoviacutedajiacute 4A což uvaacutediacute popis jednotlivyacutech typů proudovyacutech transformaacutetorů uvedenyacutech v

Tab 23 (čiacuteslo uvedeneacute za lomiacutetkem) např CTxLxxxR4 PTP maacute definovanou třiacutedu přesnosti

3 v celeacutem rozsahu měřeneacuteho proudu K nasyceniacute magnetickeacuteho obvodu transformaacutetoru dochaacuteziacute

přibližně při osminaacutesobku jmenoviteacuteho proudu In Transformaacutetor je navržen s třiacutedou přesnosti

5P10 to znamenaacute že je deklarovaacutena průměrnaacute chyba menšiacute než 5 při 10 naacutesobku jmenoviteacute

hodnoty proudu

Typ Rozsah měřeneacuteho proudu

[A] Max proud CT

[A]

CT4L185R4 60 až 185 1480

CT4L310R4 180 až 310 2480

CT5L500R4 300 až 500 4000

CT5L850R4 500 až 850 6800

Tab 23 Typy externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů s měřenyacutem rozsahem proudu [1]

Přiacuteklad zvoleniacute přiacuteslušneacuteho proudoveacuteho transformaacutetoru

Maacuteme-li asynchronniacute motor se jmenovityacutem proudem napřiacuteklad In =190 A a rozběhovyacutem proudem

pak

(241)

Podle jmenoviteacuteho proudu motoru In ležiacuteciacuteho v rozsahu měřeneacuteho proudu přiacuteslušneacuteho CT

určiacuteme typ CT Nachaacuteziacute-li se jmenovityacute proud na mezi některeacuteho z měřenyacutech rozsahů CT voliacute se

takovyacute transformaacutetor kteryacute maacute většiacute hodnotu maximaacutelniacuteho proudu než vyacuteslednyacute proud

vypočtenyacute Pro přiacutepad kdy In = 190 A je zvolenyacute typ CT4L310R4 Maximaacutelniacute proud Imax splňuje

požadavek kdy Imax lt max proud CT [1]

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezky představujiacute konstrukce externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 26

Obr 29 Konstrukce CT4L185R4 a CT4L310R4 [3]

Obr 210 Konstrukce CT5L500R4 a CT5L850R4 [3]

Zapojeniacute svorkovnice proudoveacuteho transformaacutetoru CTxLxxxR4 a propojeniacute s integrovanyacutem

proudovyacutem transformaacutetorem UMC100 Na Obr 211 je takeacute ukaacutezka zapojeniacute měřiacuteciacuteho modulu

VI150 na přiacutevodniacutech faacuteziacutech motoru a dodrženyacutem spraacutevnyacutem sledem faacutezovyacutech vodičů

Obr 211 UMC100-FBP s CT a VI150 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 27

Obecně platiacute že vyacutevody sekundaacuterniacuteho vinutiacute měřiacuteciacuteho transformaacutetoru proudu jsou buď

zapojeny na zaacutetěž nebo jsou propojeny do zkratu a jeden z vyacutevodů je uzemněn Princip je patrnyacute

z Obr 212 V praxi dochaacuteziacute k několika chybaacutem způsobenyacutech neznalostiacute problematiky Jednou

může byacutet neuzemněniacute jedneacute ze svorek sekundaacuterniacuteho vinutiacute Pak vznikaacute kapacitniacute vazba a

sekundaacuterniacute vinutiacute v nepřiacutezniveacutem přiacutepadě může vysokyacutem napětiacutem termionicky působit - jiskřit na

kostru Při delšiacutem trvaacuteniacute jiskřiveacuteho vyacuteboje v jednom miacutestě se mohou vytvořit vodiveacute cesty a dojiacutet

k průrazu izolace vodiče k nežaacutedouciacutemu potenciaacutelu [8]

Obr 212 Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů proudu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 28

25 Monitorovaciacute zařiacutezeniacute zemniacuteho spojeniacute CEM11-FBP

Monitorovaciacute zařiacutezeniacute CEM11 sloužiacute pro sledovaacuteniacute svodovyacutech proudů respektive zemniacutech

poruch způsobenyacutech nejčastěji poškozenou izolaciacute Detekovaacuteniacute takoveacuteto zemniacute poruchy vede

k odpojeniacute motoru aby nedošlo k jeho většiacutemu poškozeniacute nebo vede k upozorněniacute obsluhy

Možneacute použitiacute je jak v siacutetiacutech uzemněnyacutech tak i neuzemněnyacutech

Průvlečneacute oko je tvořeno toroidniacutem transformaacutetorem kteryacutem jsou vedeny všechny 3 faacutezoveacute

vodiče motoru Zařiacutezeniacute hliacutedaacute to aby součet faacutezorů proudů byl nulovyacute Jakmile dojde k zemniacutemu

spojeniacute tzn součet faacutezorů proudů je nenulovyacute integrovanaacute elektronika CEM11 sepne nebo

rozepne vyacutestup Vyacutestup z CEM11 pracuje jako kontakt kteryacute detekovanou hodnotou proudu

sepne nebo rozepne 24V DC jenž poteacute může byacutet připojeno jako např digitaacutelniacute vstup do UMC

Nastaveniacute zpožděniacute sepnutiacute varovaacuteniacute nebo odpojeniacute lze zvolit v UMC a to v rozsahu od 01s ndash

255s Nastaveniacute citlivosti spiacutenaacuteniacute je možneacute v několika krociacutech Poloha přepiacutenače (0-7) s toleranciacute

na pozici 0 cca plusmn30 a daacutele vždy s toleranciacute cca plusmn10

CEM11 je možneacute uložit spolu s ostatniacutemi komponenty na DIN lištu normovaneacuteho rozměru

35mm nebo pomociacute přiacutedavneacuteho klipu pro nejmenšiacute rozměr CEM11-FBP20 [1]

Průměr průvlečneacuteho

oka [mm]

Proudovyacute rozsah

[mA]

20 80 - 1700

35 100 - 3400

60 120 - 6800

120 240 - 13600

Tab 24 Rozměry vyraacuteběnyacutech CEM11-FBPs udaacutevanyacutemi hodnotami svodovyacutech proudů

Obr 213 Zapojeniacute CEM11-FBP do obvodu [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 29

26 Napaacutejeciacute zdroj

Pro napaacutejeniacute modulů UMC100 DX122 a VI150 sloužiacute zdroj typu CP-D 2413 Jednaacute se o

napaacutejeciacute zdroj kteryacute na sveacutem vyacutestupu dovoluje regulaci napětiacute 24-28V DC s toleranciacute plusmn 1

Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute je umožněna z důvodu připojeniacute modulů na dlouheacute vedeniacute kde

vznikajiacute uacutebytky napětiacute praacutevě vlivem deacutelky vedeniacute Zpravidla klesne-li na vedeniacute napětiacute od

jednoho zdroje na ktereacutem je nastaveno maximaacutelniacute vyacutestupniacute napětiacute pod minimaacutelniacute hodnotu

potřebnou pro napaacutejeniacute modulu je nutneacute použiacutet dalšiacute napaacutejeciacute zdroj Maximaacutelniacute proud zdroje je

Imax = 13A a jmenovityacute vyacutestupniacute vyacutekon 30W Tento typ zdroje je diacuteky svyacutem modulaacuterniacutem

rozměrům možneacute umiacutestit na DIN lištu (EN50022-35) [6]

Naacutesledujiacuteciacute zatěžovaciacute charakteristika znaacutezorňuje zaacutevislost svorkoveacuteho napětiacute zdroje na

odebiacuteraneacutem proudu pro teplotu T=25degC

Obr 214 Zatěžovaciacute charakteristika zdroje CP-D 2413[6]

Obr 215 Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 30

27 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

Tento modul poskytuje komunikaci pro FieldBusPlug zařiacutezeniacute jako je např UMC100

s počiacutetačem prostřednictviacutem siacutetě Ethernet K MTQ22 lze připojit až 4 zařiacutezeniacute pro uacutesporu

naacutekladů Naacutesledujiacuteciacute popis je vztažen k Obr 216 kde jsou znaacutezorněny jednotliveacute čaacutesti modulu

1 konektory s označeniacutem X1 až X4 sloužiacute pro připojeniacute až 4 zařiacutezeniacute FBP

2 LED diody pro signalizaci aktuaacutelniacuteho stavu komunikace

3 micro USB konektor s označeniacutem X5 pro připojeniacute a konfiguraci pomociacute PC

4 dvě RJ45 zaacutesuvky s označeniacutem E1 a E2 pro připojeniacute pomociacute Ethernetoveacuteho kabelu

5 konektor pro připojeniacute 24V DC napaacutejeciacuteho napětiacute nese označeniacute X6

Obr 216 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 31

OCHRANNEacute FUNKCE 3Kontroleacuter nabiacuteziacute velkeacute množstviacute ochrannyacutech funkciacute potřebnyacutech pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacuteho chodu

motoru Některeacute funkce jsou aktivniacute pouze po čaacutest běhu motoru typicky při startu motoru jineacute

po jeho rozběhu Naacutesledujiacuteciacute tabulka (Tab 31) nastiacuteniacute přehled nejdůležitějšiacutech ochran motoru a

čas kdy jsou aktivovaacuteny

Ochrannaacute funkce Aktivniacute

Při tepelneacutem přetiacuteženiacute Vždy

Při zablokovaneacutem rotoru Při startu motoru

Při proudoveacutem přetiacuteženiacute Po startu

Při proudoveacutem podtiacuteženiacute Po startu

Sled faacuteziacute Vždy

Při faacutezoveacute nesymetrii Vždy

Při ztraacutetě faacuteze Vždy

PTC ochrana Vždy

Při zemniacutem spojeniacute Vždy po spuštěniacute

Při napěťovyacutech špičkaacutech Vždy

Při harmonickeacutem zkresleniacute Vždy

Tab 31 Ochranneacute funkce [1]

Nastaveniacute parametrů jednotlivyacutech ochran probiacutehaacute pomociacute UMC100-PAN

31 Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute

UMC100 disponuje nastavitelnyacutem vypiacutenaacuteniacutem při tepelneacutem přetiacuteženiacute podle třiacuted 5E 10E 20E

30E a 40E viz Obr 31 Tyto třiacutedy uvaacutedějiacute poměr mezi aktuaacutelniacutem prochaacutezejiacuteciacutem proudem

motorem I a jmenovityacutem proudem motoru In uvedenyacutem na štiacutetku v zaacutevislosti na maximaacutelniacute době

rozběhu t

Třiacuteda 5E 10E 20E 30E 40E

t [s] 15 3 6 3 12

Tab 32 Třiacutedy přetiacuteženiacute a čas odpojeniacute

Lze hovořit o dvou typech rozběhu motoru

1 normaacutelniacute rozběh - do 10s

2 těžkyacute rozběh - viacutece jak 10s

Při rozběhu zatiacuteženeacuteho motoru se otaacutečky zvyšujiacute z nuloveacute hodnoty na jmenovitou přičemž

dochaacuteziacute k naacuterůstu proudu až na několikanaacutesobek jeho jmenoviteacute hodnoty Zpravidla u většiacutech

motorů byacutevaacute naacuterůst až 10In tudiacutež v tento bdquokritickyacuteldquo okamžik nesmiacute vybavit ochrana na tepelneacute

přetiacuteženiacute Rozběh motoru pro UMC končiacute při poklesu proudu I na hodnotu 135 proudu

jmenoviteacuteho In nebo při dosaženiacute jmenovityacutech otaacuteček nn Udaacutevaneacute časy představuje Tab 32

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 32

311 Určeniacute teploty vinutiacute a vypiacutenaciacute třiacutedy

Podle způsobu určeniacute teploty vinutiacute motoru se ochrany rozlišujiacute na proudově nezaacutevisleacute a

proudově zaacutevisleacute

Proudově nezaacutevisleacute ochrany měřiacute přiacutemo teplotu ve vinutiacute motoru pomociacute vhodneacuteho čidla

teploty zpravidla termistoru Tiacutemto způsobem lze zjistit nedovoleneacute otepleniacute způsobeneacute např

poruchou cirkulace vzduchu kterou proudově zaacutevislaacute ochrana neniacute schopna vyhodnotit

Proudově zaacutevisleacute ochrany vyhodnocujiacute teplotu vinutiacute motoru nepřiacutemo a to prostřednictviacutem

vyacutepočtoveacuteho modelu z provozniacuteho proudu motoru Zvyacutešeniacute provozniacuteho proudu motoru maacute za

naacutesledek otepleniacute ktereacute vede trvaacute-li delšiacute dobu k poškozeniacute nebo zničeniacute motoru Ochrana při

tepelneacutem přetiacuteženiacute ndash TOL chraacuteniacute motor před přehřaacutetiacutem Tepelnyacute model je vypočiacutetaacutevaacuten za chodu i

v klidu motoru a z těchto stavů se pak zjistiacute tepelnaacute kapacita Znalost teacuteto hodnoty vede

k maximalizaci produktivity Funkčnost tepleneacuteho modelu je v souladu s normou

Při použitiacute motoru pro cyklickeacute operace dochaacuteziacute ke schodoviteacutemu zvyšovaacuteniacute teploty motoru Je

zapotřebiacute volit spraacutevnyacute čas intervalu mezi cykly aby nedochaacutezelo k přehřaacutetiacute a zbytečneacutemu

poškozeniacute izolace vinutiacute motoru

Funkce Thermal load (tzv tepelnaacute zaacutetěž) hliacutedaacute poměr aktuaacutelniacuteho prochaacutezejiacuteciacuteho proudu I a

jmenoviteacuteho proudu In motoru Jakmile poměr IIn přesaacutehne 100 začiacutenaacute odpočet TTT a motor

bude odpojen po uplynutiacute nastaveneacute periody Možnost opětovneacuteho spuštěniacute přetiacuteženeacuteho motoru

proběhne po jeho vychladnutiacute To je možneacute nastavit dvěma způsoby [1]

1 Ručně nastavenou periodou během ktereacute je motor blokovaacuten proti spuštěniacute

(ovlivňovaacuteno velikostiacute motoru teplotou prostřediacute kde je motor použit zda je vybaven

ventilaacutetorem či neniacute apod)

2 Nastaveniacutem procentuaacutelniacute hodnoty tepelneacute kapacity do ktereacute nebude moci obsluha

motor spustit (při nastaveniacute 50 nedojde k odblokovaacuteniacute ochrany pokud neklesne

tepelnaacute kapacita pod zadanou hodnotu)

Určeniacute vypiacutenaciacute třiacutedy je představeno na naacutesledujiacuteciacutem přiacutekladu

Maacuteme-li trojfaacutezovyacute asynchronniacute motor o vyacutekonu 22kW poměr IIn = 5 a maximaacutelniacute dobu

rozběhu to = 10s Z přiloženeacuteho grafu vypiacutenaciacutech třiacuted pro studenyacute motor určiacuteme požadovanou

třiacutedu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 33

Obr 31 Vypiacutenaciacute třiacutedy pro UMC100-FBP[1]

Z vyacutesledku je patrneacute že motor budeme vypiacutenat proti přetiacuteženiacute podle třiacutedy 5E jelikož křivka

pro 5E je pod maximaacutelniacute dobou rozběhu to = 10s Pokud by došlo ke zvoleniacute např třiacutedy 10E

hrozilo by poškozeniacute motoru jelikož by na motor působilo přetiacuteženiacute delšiacute dobu než je tomu

dovoleno [10]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 34

32 Ochrana při zablokovaneacutem rotoru

V okamžiku připojeniacute motoru na napaacutejeciacute siacuteť se rotor neotaacutečiacute (n = 0 s = 1) Motor je ve

stavu nakraacutetko a jeho proud je omezen pouze ohmickyacutemi odpory a rozptylovyacutemi reaktancemi

vinutiacute Zaacuteběrnyacute proud I1z dosahuje většinou 4 až 10 x většiacutech hodnot než proud jmenovityacute In

Určit velikost tohoto proudu je možneacute ze vztahu 321

radic

kde

U1 - Vstupniacute napětiacute

R1 - Odpor primaacuterniacuteho vinutiacute

Xr1 - Reaktance statoroveacuteho vinutiacute

Xrsquor20 - Reaktance zabrzděneacuteho rotoru

Rlsquo2s - Celkovyacute činnyacute odpor rotoru

RFe - Činnyacute odpor magnetickeacuteho obvodu

Xm - Reaktance magnetickeacuteho obvodu

I1z - Zaacuteběrnyacute proud

Obr 32 Obvodovyacute model asynchronniacuteho motoru pro jednu faacutezi statoroveacuteho vinutiacute ndash nakraacutetko

Velkyacute zatěžovaciacute moment Mz nebo mechanickaacute porucha může zapřiacutečinit zablokovaacuteniacute rotoru

Ochrannaacute funkce detekuje dlouhou počaacutetečniacute situaci kteraacute je praacutevě důsledkem zmiacuteněnyacutech přiacutečin

UMC100 tiacutemto odpojiacute motor od napaacutejeniacute čiacutemž ho ochraacuteniacute od nadměrneacuteho tepelneacuteho namaacutehaacuteniacute

V uživatelskeacutem prostřediacute je možneacute individuaacutelně nastavit jak maximaacutelniacute proud tak i čas po

ktereacutem dojde k odpojeniacute zablokovaneacuteho motoru Pro experimentaacutelniacute použitiacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy je nastavena hodnota poměru pro odpočet a naacutesledneacute odpojeniacute IIn na 300 [1] [9]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 35

33 Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute zabezpečiacute odpojeniacute motoru vyskytne-li se v obvodu většiacute

hodnota proudu než nastavenaacute jmenovitaacute In Bliacuteže tuto funkci představiacute přiloženyacute průběh Funkce

je aktivniacute až po roztočeniacute motoru v okamžiku rozběhu je neaktivniacute

Princip ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Do okamžiku T1 od zapnutiacute klesne zaacuteběrnyacute proud na hodnotu cca Ix = 135 In V časoveacutem

uacuteseku T1 až T2 dochaacuteziacute k naacuterůstu prochaacutezejiacuteciacuteho proudu motorem V okamžiku T2 překročiacute

proud hodnotu Ivar Tiacutemto okamžikem začne odpočet nastaveneacute doby zpožděniacute tvar kteraacute po

uplynutiacute sepne signalizaci varovaacuteniacute nadproudoveacuteho přetiacuteženiacute Odpočet doby tvar narůstaacute je-li

proud motorem I gt Ivar Jakmile proud I ge Iodp dochaacuteziacute k sepnutiacute čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute todp

Platiacute-li podmiacutenka I ge Iodp a dojde k načteniacute hodnoty todp UMC100 odpojiacute motor od napaacutejeniacute a tiacutem

zabraacuteniacute jeho poškozeniacute

Obr 33 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu přetiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash dosaženiacute vysokeacute proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash dosaženiacute hodnoty proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

34 Ochrana při proudoveacutem podtiacuteženiacute

Jakmile hodnota (činneacuteho) proudu klesne pod nastavenou uacuteroveň kteraacute je pro danyacute proces

typickaacute dojde v UMC100 k vybaveniacute ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a motor odpojiacute od

napaacutejeniacute Tato ochrana se předevšiacutem využiacutevaacute pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacute funkce čerpadla když detekuje

ztraacutetu jeho saacuteniacute či pro paacutesoveacute dopravniacuteky ve vyacuterobniacutech provozech Včasneacute varovaacuteniacute a odpojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 36

motoru snižuje zejmeacutena prostoje vyacuteroby Princip varovaacuteniacute a odpojeniacute je představen na

naacutesledujiacuteciacutem průběhu jak tomu bylo u ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Princip ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute zobrazeneacuteho průběhu

Po poklesu aktuaacutelniacuteho proudu v okamžiku T1 motor normaacutelně běžiacute V časoveacutem uacuteseku T1 až

T2 dochaacuteziacute k poklesu proudu pod jmenovitou hodnotu In až na nastavenou hodnotu Ivar Při

dosaženiacute teacuteto hodnoty začne odpočet varovaacuteniacute proudoveacuteho podtiacuteženiacute Nepřesaacutehne-li proud za

dobu kratšiacute než tvar mez Ivar (tzn nevzroste-li se zpět k In) dojde ke spuštěniacute signalizace

proudoveacuteho podtiacuteženiacute Při pokračujiacuteciacutem poklesu proudu jak je patrneacute v časoveacutem intervalu T2-T3

až na mez Iodp dojde k čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute Při překročeniacute nastaveneacute doby todp a za

podmiacutenky že proud I le Iodp UMC100 motor odpojiacute od napaacutejeciacute siacutetě

Obr 34 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash niacutezkaacute proudovaacute uacuteroveň kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash hodnota proudu kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

Popis funkce ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute blokoveacuteho scheacutematu

Signaacutel Istart představuje hodnotu proudu po startu motoru- log 1(tzn Signalizace motoru v

chodu) Tento signaacutel tvořiacute vstup logickeacuteho hradla AND (1) Funkci tohoto hradla znaacutezorňuje

přiloženaacute tabulka Tab 33 Druhyacute vstup signalizuje aktuaacutelniacute hodnotu proudu kteraacute motorem

proteacutekaacute Je-li proud IltIvar detekuje hradlo AND druhou logickou jedničku a hradlo vybaviacute podle

přiloženeacute tabulky Tento signaacutel z hradla aktivuje časovač zpožděniacute varovaacuteniacute Po uplynutiacute

nastaveneacuteho časoveacuteho uacuteseku signalizuje podtiacuteženiacute Dochaacuteziacute-li staacutele k poklesu proudu až do

uacuterovně kdy IltIodp pak na druheacutem logickeacutem hradle AND (2) budou na vstupu log 1 Sepne

čiacutetaacuteniacute zpožděniacute vypnutiacute a po uplynutiacute doby UMC motor vypne

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 37

Obr 35 Blokoveacute scheacutema ochrany proti proudoveacutemu podtiacuteženiacute [1]

Vstup Vyacutestup

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

Tab 33 Princip funkce logickeacuteho hradla AND

341 Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek

Při chodu asynchronniacuteho motoru odebiacuteraacute stroj ze siacutetě jalovyacute proud kteryacute je potřebnyacute pro

vytvořeniacute magnetizace hlavniacuteho magnetickeacuteho obvodu Tento tzv magnetizačniacute proud je

nezaacutevislyacute na zatiacuteženiacute stroje Uplatněniacute nalezne zejmeacutena při chodu napraacutezdno a maleacutem zatiacuteženiacute

kdy je uacutečiniacutek motoru niacutezkyacute Motor maacute tedy nejleacutepe pracovat při plneacutem zatiacuteženiacute[11]

Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek jsou důležiteacute parametry pro detekovaacuteniacute niacutezkeacute zaacutetěže nebo situace bez

zaacutetěže např uzavřenyacute ventil Pomociacute napěťoveacuteho modulu VI15x a UMC je měřeno sdruženeacute

(faacutezoveacute) napětiacute faacutezovyacute proud čili i faacutezovyacute posuv mezi proudem a napětiacutem - cos φ Pomociacute těchto

parametrů je UMC schopneacute analogicky spočiacutetat hodnotu činneacuteho přiacutekonu

radic

Poklesne-li poteacute činnyacute přiacutekon pod nastavenou procentuaacutelniacute hodnotu P (př 85 Pn) motor vypne

tj bude-li PPn le 085

Experimentaacutelniacutem měřeniacutem v raacutemci laboratorniacute uacutelohy byla pomociacute přiacutestroje Yokogawa WT1800

změřena zaacutevislost uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute motoru Z vyacutesledneacuteho grafu (Obr 37) je

patrneacute že se snižovaacuteniacutem zatiacuteženiacute rotoru klesaacute velikost uacutečiniacuteku Naměřeneacute hodnoty pro konstrukci

grafu jsou uvedeny v přiacuteloze

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 38

Obr 36 Charakteristiky asynchronniacuteho motoru při zatiacuteženiacute [11]

Obr 37 Graf zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti P2

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

01

02

03

04

05

06

07

08

09

0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000

P1 [

W]

cos

ϕ [

-]

P2 [W]

P2 P1 Q1

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 39

35 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

Princip ochrany

Je-li poměr nejnižšiacuteho proudu (Imin) a nejvyššiacuteho proudu (Imax) ve faacuteziacutech nad nastavenou

uacuterovniacute pro varovaacuteniacute sepne signalizace ztraacutety faacuteze Jakmile ovšem tento poměr překročiacute

nastavenou hodnotu pro odpojeniacute motoru sepne zpožděniacute vypnutiacute a podle nastaveneacute třiacutedy

přetiacuteženiacute motor po uplynutiacute časoveacuteho intervalu odpojiacute

Funkce faacutezoveacute nesymetrie je aktivniacute pouze tehdy je-li proud ve všech třech faacuteziacutech gt 25 In

(jmenoviteacuteho proudu) [1]

Naacutesledujiacuteciacute rovnice představuje vyacutepočet procentuaacutelniacuteho poměru proudu pro vypnutiacute motoru při

uacuteplneacute ztraacutetě faacuteze

(

)

36 Ochrana sledu faacuteziacute

Ochrana sledu faacuteziacute hliacutedaacute zejmeacutena spraacutevnyacute směr otaacutečeniacute motoru Důležiteacute pro použitiacute teacuteto

ochrany je miacutesto zapojeniacute napěťoveacuteho modulu VI15x Pokud by byl modul zapojen za stykači

nastala by chyba při reverzniacutem zapojeniacute Na stykačiacutech dochaacuteziacute zapojeniacutem k zaacuteměně dvou

faacutezovyacutech vodičů a tiacutem i změně směru otaacutečeniacute motoru UMC s pomociacute VI150 vyhodnotiacute situaci

jako chybovou a vypne motor Napěťovyacute modul se tedy zpravidla umiacutesťuje hned za hlavniacute jistiacuteciacute

prvek viz Obr 44

37 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Jedno z největšiacutech nebezpečiacute pro motor představuje ztraacuteta jedneacute napaacutejeciacute faacuteze Chod na 2

napaacutejeciacute faacuteze zatěžuje motor na tepelneacute uacutečinky proudu vlivem zvyacutešeniacute proudu ve zbylyacutech 2

faacuteziacutech UMC100 v tomto přiacutepadě vypiacutenaacute motor podle předem stanovenyacutech časovyacutech intervalů

Intervaly vypnutiacute jsou stejneacute jako pro ochranu proti proudoveacutemu přetiacuteženiacute (Tab 32) a

odpoviacutedajiacute nastaveneacute třiacutedě přetiacuteženiacute Tuto ochranu dřiacuteve zajišťovalo tepelneacute releacute ktereacute v tomto

přiacutepadě nemusiacute byacutet použito

38 PTC ochrana

381 Termistor

Termistor je polovodičovyacute nelineaacuterniacute dvojpoacutel jehož odpor se měniacute v zaacutevislosti na teplotě

prostřediacute ve ktereacutem pracuje Jeho vyacutehodou je že velmi rychle a citlivě reaguje na změnu teploty

Rozlišujeme zpravidla 2 druhy termistorů

1 NTC (Negative Temperature Coefficient) - termistor se zaacutepornyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou klesaacute jeho odpor (roste elektrickaacute vodivost a proud)

2 PTC (Positive Temperature Coefficient) ndash termistor s kladnyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou jeho odpor roste

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 40

Obr 38 Zaacutevislost odporu termistoru na teplotě

Použitiacute termistorů

NTC termistory se použiacutevajiacute zpravidla k měřeniacute teploty PTC se nejčastěji využiacutevaacute

v kuchyňskyacutech spotřebičiacutech kde je požadovaacutena konstantniacute teplota v termostatech a pro hliacutedaacuteniacute

teploty vinutiacute motorů

382 Princip PTC ochrany v UMC

Ochrana obecně spadaacute do skupiny proudově nezaacutevislyacutech ochran Pro připojeniacute PTC

termistoru sloužiacute na UMC100 svorky s označeniacutem T1 a T2 PTC zvyšuje svůj odpor s rostouciacute

teplotou proto je možneacute ho použiacutet pro hliacutedaacuteniacute teploty např vinutiacute statoru UMC je schopneacute

vyhodnotit tuto změnu odporu a vydaacute signaacutel k odpojeniacute motoru od siacutetě [7]

39 Ochrana při zemniacutem spojeniacute

Ochrana při zemniacutem spojeniacute spočiacutevaacute v ochraně motoru siacutetě a technologie při nežaacutedouciacutech

vlivech způsobenyacutech zejmeacutena staacuternutiacutem izolace a jejiacutem zhoršenyacutem izolačniacutem uacutečinkem

Naacutesledkem přetěžovaacuteniacute vedeniacute vlhkostiacute kondenzaciacute vody v elektrickeacutem zařiacutezeniacute nebo vrstvou

vodiveacuteho prachu jsou praacutevě zhoršeneacute vlastnosti izolačniacuteho materiaacutelu To vede k nechtěneacutemu

zemniacutemu spojeniacute Zemniacute spojeniacute je monitorovaacuteno pomociacute UMC spolu se zařiacutezeniacutem CEM11 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 41

DEMONSTRAČNIacute PŘIacutePRAVEK 4

41 Naacutevrh přiacutepravku

Pro demonstraci UMC100 a dalšiacutech prvků řady produktů od společnosti ABB sro byl

navržen přiacutepravek pomociacute software AutoCAD a Inventor Professional kteryacute byl poteacute zrealizovaacuten

a oživen Nosnaacute konstrukce (Obr 41) je vyrobena z jӓckelu o rozměru 25x25mm

Obr 41 Nosnaacute konstrukce

Čelniacute panel tvořiacute plech s rozměry 500x400mm a tloušťky 2mm Plech je osazen

rozvaděčovyacutemi kanaacutely 25x60mm a všemi potřebnyacutemi komponentami pro realizaci zapojeniacute

Vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho panelu s otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky a ovlaacutedaciacute tlačiacutetka motoru je na

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

Seznam použityacutech komponent Vyacuterobce

3-poacutelovyacute jistič C16 OEZ

Pojistkoveacute pouzdro RSP 4 Elektro Bečov

Komunikačniacute modul MTQ22-FBP ABB

Motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP ABB

Napěťovyacute modul VI150-FBP ABB

Rozšiřovaciacute modul DX122-FBP ABB

Ministykač LC1K09(LC1K12) Schneider Electric

Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A ABB

Rozvaděčovyacute kanaacutel 25x60mm KOPOS

Přiacutestrojoveacute zdiacuteřky 4mm do panelu AMASS

Tlačiacutetka do panelu 250V1A JIETONG

Tab 41 Seznam použityacutech komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 42

Pro konstrukci je důležiteacute aby navrženyacute panel rozměrově odpoviacutedal všem potřebnyacutem přiacutestrojům

a modulům Pro tuto přiacuteležitost je pomociacute software AutoCAD vytvořen vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho

panelu Obr 43 kteryacute je konstruovaacuten

Navrženyacute nosnyacute plech tloušťky 2mm na ktereacutem jsou umiacutestěny veškereacute komponenty Obr 42

Ve vrchniacute polovině plechu jsou vyvrtaacuteny otvory o průměru 4mm sloužiacuteciacute pro uchyceniacute

rozvaděčoveacuteho kanaacutelu a DIN lišty Ve středniacute čaacutesti plechu jsou 4 průvlečneacute otvory určeneacute k

průchodu vodičů ze zadniacute čaacutesti plechu (od napaacutejeciacutech svorek) do rozvaděčoveacuteho kanaacutelu na straně

předniacute Pro tuto potřebu jsou stejneacute otvory vyvrtaacuteny takeacute do dna kanaacutelu Ve spodniacute čaacutesti jsou

otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky pomociacute kteryacutech je zajištěno napaacutejeniacute panelu a poteacute napaacutejeniacute motoru

a 3 otvory na ovlaacutedaciacute tlačiacutetka k zajištěniacute ovlaacutedaacuteniacute motoru Uchyceniacute plechu k nosneacute konstrukci

je provedeno samořeznyacutemi šroubky M5 v roziacutech plechu

Obr 42 Naacutevrh plechu panelu

Vyacutekres plechu s udaacuteniacutem koacutet je obsažen v přiacuteloze praacutece viz Obr 01

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 43

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 44

42 Scheacutema zapojeniacute přiacutepravku

Demonstračniacute panel je uzpůsoben pro reverzniacute chod trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 44 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho přiacutepravku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 45

43 Vyacuteslednyacute přiacutepravek

Vyacuteslednyacute osazenyacute a zapojenyacute přiacutepravek určenyacute pro laboratorniacute uacutelohu doplněnyacute vhodnyacutemi

štiacutetky pro ovlaacutedaacuteniacute a zapojeniacute napaacutejeciacute siacutetě (VSTUP) a motoru (VYacuteSTUP)

Obr 45 Demonstračniacute přiacutepravek

Zadniacute čaacutest panelu s izolovaacuteniacutem konektorů FASTON pomociacute teplem smrštitelneacute bužiacuterky před

nebezpečnyacutem dotykem živeacute čaacutesti

Obr 46 Zadniacute pohled

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 46

44 Demonstračniacute kufr pro ABB

Pro společnost ABB sro byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 prezentujiacuteciacute

jeho možnosti Zaacutekladniacutem požadavkem naacutevrhu bylo řešeniacute pomociacute jednofaacutezoveacuteho napaacutejeniacute

Jelikož UMC100 je uzpůsobeno pro chod trojfaacutezovyacutech motorů je použit frekvenčniacute měnič

ACS50 kteryacute nabiacuteziacute při napaacutejeniacute pomociacute jednofaacutezoveacute siacutetě na sveacutem vyacutestupu napětiacute 3x230V50Hz

Pro digitaacutelniacute vstupy UMC100 a rozšiřovaciacuteho modulu DX111 je navrženo použitiacute dvoupoacutelovyacutech

paacutečkovyacutech přepiacutenačů s funkciacute (ON)-OFF-ON s napětiacutem 24V DC K signalizaci aktivniacutech vstupů

a vyacutestupů je navrženo použitiacute zelenyacutech signaacutelek Ovlaacutedaciacute panel kufru obsahuje spiacutenače pro

simulaci ztraacutety napaacutejeciacute faacuteze motoru potenciometr k simulaci faacutezoveacute nesymetrie daacutele červenou

signaacutelku pro signalizaci poruchovyacutech stavů a žlutou pro chod motoru Všechny přepiacutenače a

signaacutelky jsou přiacutestupneacute uživateli prostřednictviacutem navrženeacuteho ovlaacutedaciacuteho panelu kteryacute současně

posloužiacute jako kryt kufru (Obr 02) Jelikož pro přenosnyacute kufr neniacute nejvhodnějšiacute použitiacute

asynchronniacuteho motoru je proto použit 6-poacutelovyacute synchronniacute motor s přiacutekonem 23VA

vyacutestupniacutem vyacutekonem 105W a jmenovityacutem proudem 100mA

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 47

Obr 47 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho kufru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 48

SIMULACE OCHRAN 5Kapitola obsahuje soupis simulaciacute ochran ktereacute jsou demonstrovaacuteny v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jež se zabyacutevaacute problematikou UMC100 Z širokeacute škaacutely ochran jsou vybraacuteny 4 situace ktereacute

se v průmyslu často vyskytujiacute

51 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

K nasimulovaacuteniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii je použit posuvnyacute potenciometr kteryacute je

připojen na svorky (12) Pomociacute potenciometru bude snižovaacutena velikost napětiacute na přiacutevodniacute faacutezi

do motoru (L1) Pro demonstraci ochrany je použit napěťovyacute modul VI150 spolu s UMC100 Na

svorky modulu označeneacute (L1L2 a L3) jsou přivedeny faacuteze v uvedeneacutem sledu Při zvyšovaacuteniacute

odporu rezistoru ve faacutezi dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute napětiacute na přiacutevodniacute svorce (L1) vlivem rostouciacuteho

uacutebytku napětiacute na daneacutem rezistoru Je-li napěťovyacute modul propojen vodičem s UMC a je-li spraacutevně

nastaven UMC vyhodnotiacute po určiteacutem poklesu napětiacute a naacuterůstu proudu ve zbylyacutech dvou faacuteziacutech

(L2 a L3) jako chybovou a vybaviacute Nejprve bude vybaveno varovaacuteniacute a poteacute dojde k odpojeniacute

motoru

52 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze je motor vystaven vysokeacutemu riziku což většinou vede k jeho

zničeniacute Demonstrace ochrany proběhne uacuteplnyacutem odpojeniacutem napaacutejeciacute faacuteze L2 Pro vybaveniacute

ochrany neniacute zapotřebiacute aby byl motor v chodu neboť použitiacute napěťoveacuteho modulu VI150

detekuje nepřiacutetomnost napětiacute faacuteze a vybaviacute Při chodu motoru ochrana vybaviacute od 15s pro třiacutedu

5E a do 12s pro 40E podle nastaveneacute třiacutedy přetiacuteženiacute viz Tab 32 Princip funkce při chodu

motoru spočiacutevaacute v porovnaacuteniacute nejvyššiacute a nejnižšiacute naměřeneacute hodnoty faacutezoveacuteho proudu s

nastavenyacutemi uacuterovněmi Vyacutehodou je že signalizuje varovaacuteniacute ještě před samotnyacutem spuštěniacutem

motoru kdy může nastat stav že je přepaacutelena pojistka a obsluha toto nezaznamenala Mimo

přepaacuteleneacute pojistky se může takeacute jednat o uvolněnyacute nebo opotřebenyacute kontakt

53 Ochrana sledu faacuteziacute

Pro spraacutevnyacute chod motoru a diagnostiku pomociacute kontroleacuteru s použitiacutem napěťoveacuteho modulu je

zapotřebiacute dodržet sled faacuteziacute tzn Faacutezovyacute vodič L1rarrsvorka L1 L2 rarrsvorka L3 a L3rarrsvorka L3

Při zaacuteměně některyacutech faacutezovyacutech vodičů neprodleně vybaviacute ochrana sledu faacuteziacute a neniacute dovoleno

spuštěniacute motoru do okamžiku dokud neniacute obsluhou tento probleacutem vyřešen

54 PTC ochrana

Pro vyhodnocovaacuteniacute teploty vinutiacute statoru motoru sloužiacute termistor PTC Při zvyacutešeniacute teploty

nastaacutevaacute zvyacutešeniacute odporu termistoru (viz Obr 38) a motor odpojiacute Udaacutevanaacute odezva UMC na

změnu odporu je v rozmeziacute R = 34-38kΩ

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 49

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany

Z důvodu ochrany motoru neniacute vhodneacute vystavovat motor zvyacutešeneacute teplotě pro nastiacuteněniacute funkce

PTC ochrany Pro tento uacutečel posloužiacute zhotovenyacute box osazenyacute lineaacuterniacutem potenciometrem

s hodnotou odporu 25kΩ jemuž jsou předřazeny odpory 1kΩ a 330Ω

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 50

LABORATORNIacute UacuteLOHA 6

61 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100

Uacutekolem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute řiacutediacuteciacute a kontrolniacute jednotkou pro

provoz trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru UMC100

Motorovyacute kontroleacuter nabiacuteziacute 3 releacuteoveacute vyacutestupy Tyto vyacutestupy jsou připojitelneacute na napětiacute 230V AC s

maximaacutelniacutem proudem 1A Releacuteoveacute vyacutestupy sloužiacute zejmeacutena pro připojeniacute budiacuteciacutech ciacutevek stykačů

Hlavniacute vstupy jsou tvořeny seacuteriiacute svorek jež je umiacutestěnaacute ve spodniacute čaacutesti kontroleacuteru Svorky nesou

označeniacute (DI0 DI1 hellip DI5) Tyto digitaacutelniacute vstupy pracujiacute s napětiacutem 24V DC a sloužiacute pro

připojeniacute ovlaacutedaciacutech tlačiacutetek jako start motoru stop motoru reverzaci rozběh hvězda-trojuacutehelniacutek

nebo např použitiacute vstupu pro koncovyacute spiacutenač pro připojeniacute pomocnyacutech kontaktů stykačů či

funkci aktuaacutetor kdy je ovlaacutedaacuten pohon ventilu Vše podle nastaveniacute uživatele a pracovniacuteho

procesu Vedle hlavniacutech vstupniacutech kontaktů se nachaacuteziacute takeacute jeden vyacutestupniacute s označeniacutem (DO3)

Tento digitaacutelniacute vyacutestup lze využiacutet k připojeniacute 24V DC signalizačniacute kontrolky pro chybovaacute hlaacutešeniacute

modulu UMC100 nabiacuteziacute integrovanyacute vstup pro připojeniacute PTC termistoru Diacuteky PTC jsme

schopni hliacutedat teplotu statoroveacuteho vinutiacute a předejiacutet tiacutem zaacutevažneacutemu poškozeniacute motoru

Hlavniacute obvod

Měřeniacute proudu faacutezovyacutemi vodiči je řešeno pomociacute 3 průvlečnyacutech ok integrovanyacutech v modulu

Tato průvlečnaacute oka jsou měřiacuteciacutemi transformaacutetory proudu navinutyacutemi na toroidniacutem jaacutedře Diacuteky

těmto transformaacutetorům je kontroleacuter schopnyacute měřit proud v rozsahu 024 až 63A Pro vyššiacute

hodnoty proudů až 850A se použiacutevaacute externiacute proudovyacute transformaacutetor

Možnost rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru

UMC se v průmyslovyacutech aplikaciacutech nejčastěji použiacutevaacute s využitiacutem napěťoveacuteho a rozšiřovaciacuteho

(vstupně-vyacutestupniacuteho) modulu Pro laboratorniacute uacutelohu je použit napěťovyacute modul VI150 a

rozšiřovaciacute modul DX122 jenž jsou připojeny k UMC pomociacute UMCIO-CAB přes svorky

s označeniacutem Ca a Cb

Napěťovyacute modul VI150

K demonstraci kontroleacuteru je použit modul s označeniacutem VI150 Zařiacutezeniacute disponuje konektory pro

připojeniacute faacutezovyacutech vodičů (L1 L2 a L3) a je schopneacute měřit hodnotu sdruženeacuteho napětiacute siacutetě

S naměřenyacutemi hodnotami faacutezoveacuteho proudu pomociacute UMC dostaacutevaacuteme takeacute hodnotu faacutezoveacuteho

posuvu mezi napětiacutem a proudem tedy uacutečiniacuteku cos φ Z těchto naměřenyacutech parametrů vypočiacutetaacute

řiacutediacuteciacute jednotka kontroleacuteru činnyacute přiacutekon Ovšem pro spraacutevnou detekci napětiacute je nutneacute dodržet

zapojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 51

Vstupně-vyacutestupniacute modul DX122

Modul umožňuje rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru o dalšiacutech 8 digitaacutelniacutech vstupů na napětiacute 110-230V AC 4

releacuteoveacute vyacutestupy a 1 analogovyacute vyacutestup Pomociacute programu ABB Asset Vision Basic je možneacute

přiacutemeacute přiřazeniacute parametrů a programovaacuteniacute UMC100 a takeacute všech zařiacutezeniacute kteraacute jsou vybavena

DTM (Device Type Manager)- naacutestroj pro konfiguraci a spraacutevu zařiacutezeniacute

Komunikačniacute modul MTQ22

O komunikaci mezi UMC a PC se staraacute modul MTQ22 V software vytvořeneacutem pomociacute

vyacutevojoveacuteho prostřediacute LabVIEW lze sledovat aktuaacutelniacute měřeneacute veličiny zobrazenaacute varovaacuteniacute

poruchovyacutech stavů informace o stavu vstupů a vyacutestupů apod

Napaacutejeciacute zdroj

Napaacutejeniacute modulů zajišťuje zdroj CP-D 2413A s regulaciacute vyacutestupniacuteho napětiacute Regulace je možnaacute

v rozpětiacute 24-28V DC Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute zdroje je umožněna z důvodu požadavku

přesneacuteho napětiacute 24V DC Vlivem zatiacuteženiacute (napaacutejeniacute UMC VI a DX) vyacutestupniacute napětiacute zdroje klesaacute

podle zatěžovaciacute charakteristiky přiacuteslušneacuteho zdroje CP-D sloužiacute takeacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacutech

vstupů UMC

Ochranneacute funkce

UMC nenabiacuteziacute pouze možnost měřeniacute faacutezoveacuteho proudu ale takeacute řadu ochran při poruchovyacutech

stavech provozu Nejčastěji v praxi využiacutevanaacute ochrana je ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute kteraacute

je doprovaacutezena varovnou signalizaciacute nastaacutevajiacuteciacute poruchy

Ochrana motoru při proudoveacutem podtiacuteženiacute pracuje na obdobneacutem principu jako předchoziacute ochrana

Kontroleacuter monitoruje hladinu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu Při jeho poklesu pod nastavenou

uacuteroveň maximaacutelniacuteho dovoleneacuteho poklesu (udaacutevaneacute relativně v k jmenoviteacutemu In) dochaacuteziacute k

signalizaci chyby a odpojeniacute motoru od siacutetě

PTC ochrana spočiacutevaacute v hliacutedaacuteniacute teploty statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru pomociacute PTC

termistoru V našem přiacutepadě je použito lineaacuterniacuteho potenciometru kdy se zvyšujiacuteciacutem se odporem

potenciometru simulujeme zvyšujiacuteciacute se teplotu statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru

Při ztraacutetě některeacute napaacutejeciacute faacuteze motoru dochaacuteziacute k okamžiteacutemu blokovaacuteniacute startu motoru

Ochrana sledu faacuteziacute zajistiacute spraacutevneacute zapojeniacute vodičů L1 L2 a L3 ktereacute je slučitelneacute s nastaveniacutem v

UMC

Vlivem přerušovaneacuteho provozu např S3 kdy nedochaacuteziacute v době klidu a odpojeniacute motoru k

poklesu teploty na teplotu okoliacute může vybavit Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute - Thermal

Overload Protection (TOL)

Zablokovaniacute rotoru byacutevaacute způsobeno přiacuteliš vysokyacutem zaacutetěžnyacutem momentem Mz na hřiacutedeli motoru

nebo mechanickou poruchou Kontroleacuter je při startu schopen detekovat tento stav

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 52

62 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute uacutelohy a scheacutema zapojeniacute panelu

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 53

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 54

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha

Štiacutetek použiteacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 64 Štiacutetek motoru

63 Popis scheacutematu zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

Na vstupniacute svorky s označeniacutem VSTUP (L1 L2 L3 N PE) jsou přivedeny přiacuteslušneacute vodiče

z pracovniacuteho stolu Hlavniacute 16A jistič s vypiacutenaciacute charakteristikou typu C sloužiacute pro jištěniacute siloveacute

čaacutesti obvodu Pro jištěniacute napaacutejeciacuteho zdroje CP-D sloužiacute tavnaacute pojistka 2T250V Napěťoveacute

vstupy na modul VI150 jsou jištěny tavnou pojistkou F125250V Posuvnyacute potenciometr

umiacutestěnyacute na faacutezoveacutem vodiči L1 sloužiacute k demonstraci ochrany při faacutezoveacute nesymetrii

Komunikačniacute modul MTQ22 zajišťuje komunikaci mezi UMC a PC kdy prostřednictviacutem

Ethernetoveacute siacutetě jsme schopni čiacutest měřeneacute veličiny

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 55

64 Pracovniacute postup

1 Seznamte se s kontroleacuterem UMC100 a ostatniacutemi komponenty použityacutemi pro laboratorniacute

uacutelohu a se scheacutematem zapojeniacute uacutelohy

2 Připojte elektromotor a vstupniacute svorky na přiacuteslušneacute zdiacuteřky Před připojeniacutem vyacutekonoveacuteho

potenciometru ověřte měřeniacutem jeho minimaacutelniacute a maximaacutelniacute hodnotu odporu a

poznamenejte si je

3 Připojte potenciometr na určeneacute zdiacuteřky označeneacute čiacutesly 1 a 2 a nastavte hodnotu odporu

4 Po kontrole zapojeniacute vyučujiacuteciacutem zapněte pracoviště a nastavte autotransformaacutetor na 100

vyacutestupniacuteho napětiacute Zapněte hlavniacute jistič Kontrola a nastaveniacute komunikace mezi UMC

DX a VI

Nastaveniacute Komunikace se provede přes LCD displej naacutesledujiacuteciacutem způsobem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on

5 Stiskem tlačiacutetka VPŘED nebo VZAD na panelu uvedeme motor do chodu Pro přechod

z jednoho směru do druheacuteho je nutneacute nejprve zastavit motor tlačiacutetkem STOP Při

zastaveniacute je kontroleacuterem motor blokovaacuten po dobu 3s před dalšiacutem spuštěniacutem z důvodu

doběhu motoru Pohybem tlačiacutetek nahoru dolů pomociacute LCD v hlavniacute nabiacutedce - UMC -

můžeme sledovat aktuaacutelniacute proud motoru sdruženeacute napětiacute odebiacuteranyacute přiacutekon ze siacutetě

uacutečiniacutekhellip

6 Při provaacuteděniacute uacutelohy na brzdě (dynamometru) ověřte funkci ochrany při zablokovaacuteniacute

rotoru funkci ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a proudoveacutem přetiacuteženiacute

7 Při vybaveniacute každeacute z ochran zaznamenejte hodnotu kdy vypnula Před novyacutem startem je

důležiteacute přečiacutest zaacuteznam důvodu poruchy a proveacutest reset na panelu UMC100-PAN jinak je

START blokovaacuten

65 Měřeniacute

OCHRANA PŘED PŘEHŘAacuteTIacuteM MOTORU

Potenciometrem označenyacutem PTC je zvyšovaacutena hodnotu odporu do okamžiku kdy dojde

k odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě zapůsobeniacutem PTC ochrany Hodnota odporu potenciometru

při vybaveniacute ochrany je určena měřeniacutem na 341kΩ Odpoviacutedajiacuteciacute hodnotu teploty motoru

odečteme z grafu a hodnoty odporu potenciometru při vypnutiacute

Do tabulky zapište změřenou hodnotu odporu potenciometru při vypnutiacute Při teacuteto hodnotě odporu

odečtěte teplotu motoru z grafu Ziacuteskanou teplotu porovnejte s vypočtenou teplotou motoru

Tabulka naměřenyacutech a vypočtenyacutech hodnot

R ϑg R0 ϑ

[Ω] [degC] [Ω] [degC]

3410 136 1320 13626

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 56

Vyacutepočet vychaacuteziacute ze vztahu pro zaacutevislost elektrickeacuteho odporu vodiče na teplotě

(651)

kde

(652)

Po uacutepravě pak

α - teplotniacute součinitel elektrickeacuteho odporu (K-1

) (α = 001162 K-1

)

R0 - odpor potenciometru v zaacutekladniacute poloze

R - odpor potenciometru při vybaveniacute ochrany

ϑg - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute odečtenaacute z grafu

ϑ - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute ndash vypočtenaacute

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

R [

Ω]

ϑ [degC]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 57

Vinutiacute motoru je izolovaacuteno izolaciacute třiacutedy F (155)

Třiacuteda izolace A E B F H

Okolniacute teplota [degC] 40 40 40 40 40

Povolenyacute naacuterůst teploty [degC] 60 75 80 105 125

Teplotniacute rezerva 5 5 10 10 15

Konečnaacute teplota 105 120 130 155 180

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru [12]

OCHRANA PŘED NESPRAacuteVNYacuteM SLEDEM FAacuteZIacute

Nedodrženiacutem sledu napaacutejeciacutech faacutezovyacutech vodičů (zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů svorek L2 a L3)

jak je nastaveno v UMC provaacutediacute napěťovyacute modul blokaci startu motoru V tomto přiacutepadě

vybavuje neprodleně ochrana sledu faacuteziacute ndashPhase sequence Funkci zaznamenejte do protokolu

OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII

Zvyšovaacuteniacutem odporu vyacutekonoveacuteho potenciometru zapojeneacuteho ve faacutezi L1 (viz scheacutema zapojeniacute

uacutelohy) dochaacuteziacute k simulaci faacutezoveacute nesymetrie siacutetě Motor je odpojen v okamžiku kdy poklesne

hodnota sdruženeacuteho napětiacute mezi faacutezemi L3 a L1 přibližně na hodnotu Us = 380V Velikost

odporu při vybaveniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii činiacute 101Ω Hodnotu nesymetrie zaznamenejte

do protokolu

OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE

Ztraacuteta faacuteze se realizuje pomociacute spiacutenače v pracovniacutem stole kdy odpojiacuteme napaacutejeciacute faacutezi Změřte

čas od odpojeniacute faacuteze L2 do vybaveniacute ochrany při ztraacutetě faacuteze a poznamenejte do protokolu

66 Demonstrace ochran při použitiacute dynamometru

OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU

K testu ochrany při zablokovaacuteniacute rotoru posloužiacute dynamometr jehož hřiacutedel je spojenaacute se hřiacutedeliacute

asynchronniacuteho motoru pomociacute spojky Hřiacutedel dynamometru je poteacute mechanicky zablokovaacutena

Stiskem přiacuteslušneacuteho tlačiacutetka je proveden start motoru a sledovaacuten proud při odpojeniacute motoru od

siacutetě a čas odpojeniacute Proud při vybaveniacute ochrany při mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru dosaacutehl

hodnoty 1978A což odpoviacutedaacute 582In

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute ndash (High current protection)

Pro simulaci proudoveacuteho přetiacuteženiacute maacuteme nastavenou hodnotu odebiacuteraneacuteho proudu na 130 pro

odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě Snižovaacuteniacutem jmenovityacutech otaacuteček motoru pomociacute dynamometru

(bržděniacutem tzn n rarr 0) dochaacuteziacute k naacuterůstu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu I Odpojeniacute nastalo při

odebiacuteraneacutem proudu 447A Nastaveneacute hodnotě (13In ) naacuteležiacute proud 442A Tiacutem lze konstatovat

že vyacutesledek měřeniacute je srovnatelnyacute s hodnotami uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute

Stav proudoveacuteho podtiacuteženiacute nedostatečneacuteho proudoveacuteho zatiacuteženiacute použiacutevanyacute zejmeacutena u čerpadel

je simulovaacuten pomociacute dynamometru kdy je nastavenaacute hodnota poklesu aktuaacutelniacuteho proudu na

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 58

085In a čas odpojeniacute od siacutetě na 10s Po roztočeniacute a zatiacuteženiacute motoru na hodnotu jmenoviteacuteho

proudu jsou pomociacute dynamometru zvyšovaacuteny otaacutečky motoru n Tento proces maacute za naacutesledek

snižovaacuteniacute aktuaacutelniacuteho proteacutekaneacuteho proudu I kdy motor ztraacuteciacute zatiacuteženiacute Nastaveneacute hodnotě

podtiacuteženiacute odpoviacutedaacute aktuaacutelniacute proud 289A Při dosaženiacute teacuteto uacuterovně je spuštěn odpočet a motor za

10s odpojen

67 Vyhodnoceniacute a zaacutevěr

Vyacutesledkem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute technologiiacute pro diagnostiku

veličin při chodu trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru Při demonstračniacute simulaci ochran byly

dosaženy naacutesledujiacuteciacute vyacutesledky PTC ochrana vybavuje při hodnotě odporu 341kΩ Tato hodnota

odpoviacutedaacute teplotě ϑg = 136degC odečteneacute z grafu Vypočtenaacute teplota ϑ = 13626degC Vyacuterobce uvaacutediacute

zapůsobeniacute ochrany při hodnotě odporu v rozsahu 34-38kΩ Zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů L2 a

L3 proběhla okamžitaacute blokace spuštěniacute motoru Faacutezovaacute nesymetrie vybavila při poklesu napětiacute o

5 Ztraacutetou napaacutejeciacute faacuteze proběhlo odpojeniacute motoru v čase t = 15s Čas odpojeniacute odpoviacutedaacute třiacutedě

přetiacuteženiacute 5E kteraacute je nastavena

Při testu za použitiacute dynamometru bylo zjištěno že při zablokovaneacutem rotoru motoru zapůsobil

kontroleacuter při nastaveneacutem přetiacuteženiacute 3In Teacuteto hodnotě naacuteležiacute proud 102A Jelikož je nastavena

třiacuteda přetiacuteženiacute 5E ktereacute naacuteležiacute interval 15s a poteacute odpojeniacute motoru tak během tohoto okamžiku

vzrostla hodnota proudu na 1978A což odpoviacutedaacute 582In Při proudoveacutem přetiacuteženiacute odpoviacutedaly

vyacutesledky měřeniacute nastaveneacute hodnotě přetiacuteženiacute 13In Ve stavu proudoveacuteho podtiacuteženiacute zapůsobila

ochrana spraacutevně dle nastaveneacuteho poklesu proudu na 085In

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 4: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

Kliacutečovaacute slova

Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter napěťovyacute modul rozšiřovaciacute modul ovlaacutedaciacute panel

asynchronniacute motor

Keywords

Universal Motor Controller voltage module expansion module control panel asynchronous

motor

Bibliografickaacute citace

JANAacuteČEK M Školiacuteciacute přiacutepravek pro motorovyacute kontroleacuter UMC100 Brno Vysokeacute učeniacute

technickeacute v Brně Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute 2014 63 s Vedouciacute

bakalaacuteřskeacute praacutece Ing Petr Dohnal PhD

Prohlaacutešeniacute

Prohlašuji že svou bakalaacuteřskou praacuteci na teacutema Školiacuteciacute přiacutepravek pro motorovyacute kontroleacuter

UMC100 jsem vypracoval samostatně pod vedeniacutem vedouciacuteho bakalaacuteřskeacute praacutece a s použitiacutem

odborneacute literatury a dalšiacutech informačniacutech zdrojů ktereacute jsou všechny citovaacuteny v praacuteci a uvedeny

v seznamu literatury na konci praacutece

Jako autor uvedeneacute bakalaacuteřskeacute praacutece daacutele prohlašuji že v souvislosti s vytvořeniacutem teacuteto

bakalaacuteřskeacute praacutece jsem neporušil autorskaacute praacuteva třetiacutech osob zejmeacutena jsem nezasaacutehl

nedovolenyacutem způsobem do ciziacutech autorskyacutech praacutev osobnostniacutech a jsem si plně vědom naacutesledků

porušeniacute ustanoveniacute sect 11 a naacutesledujiacuteciacutech autorskeacuteho zaacutekona č 1212000 Sb včetně možnyacutech

trestněpraacutevniacutech důsledků vyplyacutevajiacuteciacutech z ustanoveniacute sect 152 trestniacuteho zaacutekona č 1401961 Sb

V Brně dne helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Podpis autora helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Poděkovaacuteniacute

Děkuji vedouciacutemu bakalaacuteřskeacute praacutece Ing Petru Dohnalovi PhD za uacutečinnou metodickou

pedagogickou a odbornou pomoc a dalšiacute cenneacute rady při zpracovaacuteniacute meacute bakalaacuteřskeacute praacutece Dalšiacute

poděkovaacuteniacute směřuji k Ing Rostislavu Huzliacutekovi za odbornou pomoc při řešeniacute v oblasti

elektrickyacutech pohonů a Ing Vladimiacuteru Horychovi ze společnosti ABB sro za poskytnuteacute

podklady a odborneacute rady

V Brně dne helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Podpis autora helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 7

OBSAH

SEZNAM OBRAacuteZKŮ 9

SEZNAM TABULEK 11

SEZNAM SYMBOLŮ A ZKRATEK 12

UacuteVOD 14

MOTOROVYacute KONTROLEacuteR 15 1

11 UNIVERZAacuteLNIacute MOTOROVYacute KONTROLEacuteR UMC100-FBP 15

12 INSTALACE 16

TECHNICKEacute VYBAVENIacute UMC100-FBP 17 2

21 KOMPAKTNIacute ZAacuteKLADNIacute JEDNOTKA 17

211 STAVEBNIacute BLOKY 18

22 OVLAacuteDACIacute PANEL UMC100-PAN 19

23 NAPĚŤOVYacute A ROZŠIŘOVACIacute MODUL 20

231 NASTAVENIacute KOMUNIKACE 20

232 VI15X- FBP 20

233 DX111-FBP 22

234 DX122-FBP 22

24 PROUDOVYacute MĚŘIacuteCIacute TRANSFORMAacuteTOR 24

241 EXTERNIacute PROUDOVYacute TRANSFORMAacuteTOR CTS 25

25 MONITOROVACIacute ZAŘIacuteZENIacute ZEMNIacuteHO SPOJENIacute CEM11-FBP 28

26 NAPAacuteJECIacute ZDROJ 29

27 KOMUNIKAČNIacute MODUL MTQ22-FBP 30

OCHRANNEacute FUNKCE 31 3

31 OCHRANA PŘI TEPELNEacuteM PŘETIacuteŽENIacute 31

311 URČENIacute TEPLOTY VINUTIacute A VYPIacuteNACIacute TŘIacuteDY 32

32 OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU 34

33 OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute 35

34 OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute 35

341 ČINNYacute PŘIacuteKON A UacuteČINIacuteK 37

35 OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII 39

36 OCHRANA SLEDU FAacuteZIacute 39

37 OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE 39

38 PTC OCHRANA 39

381 TERMISTOR 39

382 PRINCIP PTC OCHRANY V UMC 40

39 OCHRANA PŘI ZEMNIacuteM SPOJENIacute 40

DEMONSTRAČNIacute PŘIacutePRAVEK 41 4

41 NAacuteVRH PŘIacutePRAVKU 41

42 SCHEacuteMA ZAPOJENIacute PŘIacutePRAVKU 44

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 8

43 VYacuteSLEDNYacute PŘIacutePRAVEK 45

44 DEMONSTRAČNIacute KUFR PRO ABB 46

SIMULACE OCHRAN 48 5

51 OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII 48

52 OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE 48

53 OCHRANA SLEDU FAacuteZIacute 48

54 PTC OCHRANA 48

LABORATORNIacute UacuteLOHA 50 6

61 UNIVERZAacuteLNIacute MOTOROVYacute KONTROLEacuteR UMC100 50

62 BLOKOVEacute SCHEacuteMA ZAPOJENIacute UacuteLOHY A SCHEacuteMA ZAPOJENIacute PANELU 52

63 POPIS SCHEacuteMATU ZAPOJENIacute LABORATORNIacute UacuteLOHY 54

64 PRACOVNIacute POSTUP 55

65 MĚŘENIacute 55

66 DEMONSTRACE OCHRAN PŘI POUŽITIacute DYNAMOMETRU 57

67 VYHODNOCENIacute A ZAacuteVĚR 58

ZAacuteVĚR 59 7

LITERATURA 60

PŘIacuteLOHY 61

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 9

SEZNAM OBRAacuteZKŮ Obr 11 Instalace UMC100-FBP na DIN lištu 16

Obr 21 Vnějšiacute popis UMC100-FBP a s připojenyacutem UMC100-PAN 17

Obr 22 Zaacutekladniacute blokoveacute scheacutema UMC100-FBP a tok dat mezi hlavniacutemi čaacutestmi zařiacutezeniacute 18

Obr 23 Popis UMC100-PAN 19

Obr 24 Struktura napěťoveacuteho modulu VI150 21

Obr 25 Vnějšiacute popis modulu VI150 pro UMC100-FBP 21

Obr 26 Vnějšiacute popis IO modulu DX122-FBP pro UMC100-FBP 23

Obr 27 Magnetizačniacute charakteristika feromagnetickeacuteho materiaacutelu 24

Obr 28 Měřiacuteciacute transformaacutetor proudu 24

Obr 29 Konstrukce CT4L185R4 a CT4L310R4 26

Obr 210 Konstrukce CT5L500R4 a CT5L850R4 26

Obr 211 UMC100-FBP s CT a VI150 26

Obr 212 Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů proudu 27

Obr 213 Zapojeniacute CEM11-FBP do obvodu 28

Obr 214 Zatěžovaciacute charakteristika zdroje CP-D 2413 29

Obr 215 Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A 29

Obr 216 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP 30

Obr 31 Vypiacutenaciacute třiacutedy pro UMC100-FBP 33

Obr 32 Obvodovyacute model asynchronniacuteho motoru pro jednu faacutezi statoroveacuteho vinutiacute ndash nakraacutetko 34

Obr 33 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu přetiacuteženiacute 35

Obr 34 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute 36

Obr 35 Blokoveacute scheacutema ochrany proti proudoveacutemu podtiacuteženiacute 37

Obr 36 Charakteristiky asynchronniacuteho motoru při zatiacuteženiacute 38

Obr 37 Graf zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti P2 38

Obr 38 Zaacutevislost odporu termistoru na teplotě 40

Obr 41 Nosnaacute konstrukce 41

Obr 42 Naacutevrh plechu panelu 42

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent 43

Obr 44 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho přiacutepravku 44

Obr 45 Demonstračniacute přiacutepravek 45

Obr 46 Zadniacute pohled 45

Obr 47 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho kufru 47

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 10

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany 49

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu 49

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy 52

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu 53

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha 54

Obr 64 Štiacutetek motoru 54

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru 56

Obr 01 Plech 61

Obr 02 Kryciacute panel kurfu 62

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 63

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 11

SEZNAM TABULEK Tab 21 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX111-FBP 22

Tab 22 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX122-FBP 22

Tab 23 Typy externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů s měřenyacutem rozsahem proudu 25

Tab 24 Rozměry vyraacuteběnyacutech CEM11-FBPs udaacutevanyacutemi hodnotami svodovyacutech proudů 28

Tab 31 Ochranneacute funkce 31

Tab 32 Třiacutedy přetiacuteženiacute a čas odpojeniacute 31

Tab 33 Princip funkce logickeacuteho hradla AND 37

Tab 41 Seznam použityacutech komponent 41

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty 55

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru 57

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute 63

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 12

SEZNAM SYMBOLŮ A ZKRATEK

Zkratka Symbol Vyacuteznam Jednotka

AC Střiacutedavyacute proud (napětiacute) [A (V)]

B Magnetickaacute indukce [T]

cos φ Uacutečiniacutek [-]

DC Stejnosměrnyacute proud (napětiacute) [A (V)]

DTM Device Type Manager

FBP FieldBusPlug

H Intenzita magnetickeacuteho pole [Am]

I Aktuaacutelniacute hodnota proudu [A]

I1z Zaacuteběrnyacute proud [A]

If Procentuaacutelniacute poměr proudu []

Imax Maximaacutelniacute hodnota proudu [A]

Imin Minimaacutelniacute hodnota proudu [A]

In Jmenovityacute proud [A]

Iodp Hodnota proudu při odpojeniacute []

Ivar Varovnaacute hodnota proudu []

Ix Konec startu motoru []

Mz Zatěžovaciacute moment [Nm]

n Otaacutečky motoru [otmin]

nn Jmenoviteacute otaacutečky [otmin]

P Činnyacute vyacutekon [W]

P1 Činnyacute přiacutekon [W]

P2 Mechanickyacute vyacutekon na hřiacutedeli [W]

Pn Jmenovityacute vyacutekon [W]

Q1 Jalovyacute přiacutekon [var]

R Elektrickyacute odpor [Ω]

Rlsquo2s Celkovyacute činnyacute odpor rotoru [Ω]

R1 Odpor statoroveacuteho vinutiacute [Ω]

RFe Činnyacute odpor magnetickeacuteho obvodu [Ω]

s Skluz [-]

to Doba rozběhu [s]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 13

todp Zpožděniacute odpojeniacute [s]

TOL Thermal Overload Protection

TTC Time To Cool [s]

TTT Time To Trip [s]

tvar Zpožděniacute varovaacuteniacute [s]

U1 Vstupniacute napětiacute [V]

UMC Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter

Un Jmenoviteacute napětiacute [V]

Xrsquor20 Reaktance zabržděneacuteho rotoru [Ω]

Xm Reaktance magnetickeacuteho obvodu [Ω]

Xr1 Reaktance statoroveacuteho vinutiacute [Ω]

Φ Magnetickyacute tok [Wb]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 14

UacuteVOD

Bakalaacuteřskaacute praacutece je založena na naacutevrhu a vyacuterobě demonstračniacuteho přiacutepravku pro motorovyacute

kontroleacuter UMC100-FBP Tento přiacutepravek posloužiacute pro laboratorniacute uacutelohu v předmětu Elektrickeacute

přiacutestroje a takeacute jako prezentačniacute aparaacutet UMC100-FBP a rozšiřovaciacutech modulů pro společnost

ABB sro Finaacutelniacute zařiacutezeniacute je realizovaacuteno pro chod ochranu a diagnostiku trojfaacutezoveacuteho

asynchronniacuteho motoru Praacutece je rozdělena do několika hlavniacutech čaacutestiacute Nejprve je přibliacuteženo

UMC100-FBP Tato čaacutest všeobecně sloužiacute pro seznaacutemeniacute se s motorovyacutem kontroleacuterem jeho

zevnějškem a možnostmi Praacutece je daacutele rozšiacuteřena o přiacutedavneacute rozšiřovaciacute moduly ktereacute lze v praxi

použiacutet společně s UMC100-FBP Uvedeny jsou i informace o připojitelneacutem ovlaacutedaciacutem LCD

panelu UMC100-PAN Kapitola č3 přibliacutežiacute ochranneacute funkce nabiacutezeneacute kontroleacuterem V dalšiacute čaacutesti

je obsažen naacutevrh aparatury pro demonstraci UMC100 a jeho funkciacute podrobneacute scheacutema zapojeniacute

tohoto přiacutepravku a samotnou laboratorniacute uacutelohu na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter

UMC100

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 15

MOTOROVYacute KONTROLEacuteR 1

Efektivniacute využiacutevaacuteniacute energie v průmyslu je důležiteacute Z praxe bylo zjištěno že viacutece jak 40

elektrickeacute energie vyrobeneacute na zemi je spotřebovaacutevaacuteno praacutevě v průmyslovyacutech odvětviacutech a z toho

až 65 je spotřebovaacutevaacuteno elektrickyacutemi motory Jak již samotnyacute naacutezev napoviacutedaacute jednaacute se o

zařiacutezeniacute určeneacute předevšiacutem pro hliacutedaacuteniacute chodu asynchronniacuteho motoru Hlavniacute funkciacute motoroveacuteho

kontroleacuteru je diagnostika veličin se kteryacutemi motor pracuje Vyacutesledkem operace byacutevaacute sled

informaciacute ktereacute jsou předaacutevaacuteny obsluze nebo dispečinku Data o zkoumaneacutem motoru je možneacute

ziacuteskat buď formou integrovaneacuteho popř připojitelneacuteho zobrazovaciacuteho prvku nebo

prostřednictviacutem konektoru kteryacute komunikuje pomociacute datoveacute sběrnice s počiacutetačem V obou

přiacutepadech jsou obsluze poskytovaacutena rozsaacutehlaacute provozniacute servisniacute a diagnostickaacute data motoru

Takto ziacuteskaneacute informace umožňujiacute obsluze odhalovat chyby omezit je nebo jim dokonce

v budoucnu zabraacutenit a tiacutem i předejiacutet možneacutemu poškozeniacute motoru resp neplaacutenovaneacutemu vyacutepadku

vyacuteroby[13]

11 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP

Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP (daacutele jen UMC100) společnosti ABB sro je

zařiacutezeniacute použiacutevaneacute pro řiacutezeniacute ochranu a sledovaacuteniacute chodu trojfaacutezovyacutech asynchronniacutech motorů

UMC100-FBP je naacutestupcem staršiacuteho modelu řiacutediacuteciacute jednotky UMC22-FBP kteraacute se ve světě

využiacutevaacute v mnoha projektech Nejčastějšiacute průmyslovaacute odvětviacute použiacutevajiacuteciacute UMC22 i UMC100 jsou

např

rafinerie

technickeacute vybaveniacute elektraacuteren

těžba nerostnyacutech surovin

chemickyacute průmysl

papiacuterny

ocelaacuterny

potravinaacuteřstviacute a vyacuteroba naacutepojů

Jako naacutestupce staršiacuteho typu kontroleacuteru se použiacutevaacute již zmiacuteněnaacute UMC100 kteraacute od ochrany a

řiacutezeniacute motoru nabiacuteziacute i detekci vyacutepadku napaacutejeciacute faacuteze motoru nastavitelnou ochranu během

rozběhu nebo normaacutelniacutem provozu a mnoho dalšiacutech funkciacute ktereacute budou daacutele zmiacuteněny Použitiacute

UMC100 je diacuteky sveacute velikosti programovatelnosti a integrovaneacutemu měřiacuteciacutemu systeacutemu vhodneacute

pro modernizaci zastaralyacutech rozvaacuteděčů v již zaběhlyacutech provozech

Oficiaacutelniacute naacutezev kontroleacuteru obsahuje přiacuteponu FBP UMC100 je vybaven komunikačniacutem

rozhraniacutem pro připojeniacute do různyacutech průmyslovyacutech sběrnic siacutetiacute jako je PROFIBUS DP

DeviceNet MODBUS a CANopen To vše pomociacute skupiny produktů FieldBusPlug UMC100 je

takeacute ovšem možneacute použiacutet jako samostatneacute zařiacutezeniacute bez připojeniacute řiacutediacuteciacute sběrnice Změřeneacute

veličiny při chodu motoru (napětiacute proudhellip) jsou zpracovaacutevaacuteny v řiacutediciacutem systeacutemu samotneacuteho

kontroleacuteru kde jsou okamžitě vyhodnocovaacuteny Tato schopnost pomaacutehaacute k rychleacute detekci poruchy

a k zajištěniacute dopadů na ostatniacute zařiacutezeniacute v diagnostikovaneacute soustavě Daacutele napomaacutehaacute k řešeniacute

vhodnyacutech opatřeniacute pro přiacutepad dalšiacutech negativniacutech jevů a přiacutepadnyacutech vaacutežnyacutech poruch

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 16

12 Instalace

Samotnyacute koncept uzpůsobenyacute pro tyto aplikace naacutem zapřiacutečiňuje zkraacuteceniacute uacutesiliacute a naacutemahy při

zdlouhaveacutem vodičoveacutem propojeniacute v rozvaacuteděči jelikož veškereacute požadovaneacute ochranneacute

monitorovaciacute a řiacutediacuteciacute funkce jsou integrovaacuteny do jedineacuteho modulaacuterniacuteho zařiacutezeniacute UMC100 je

možneacute diacuteky kompaktniacutemu provedeniacute veškeryacutech jeho komponent jednoduše umiacutestit do stiacutesněnyacutech

prostor vyacutesuvnyacutech rozvaacuteděčů nebo do již použiacutevanyacutech staršiacutech zařiacutezeniacute Jednaacute se o zařiacutezeniacute a

provozy kteraacute prochaacuteziacute modernizaciacute a vyžadujiacute použitiacute noveacute technologie provozu a obohaceniacute o

noveacute způsoby řiacutezeniacute a ochran motorů od zastaralyacutech a vysloužilyacutech elektromagnetickyacutech releacute

Moderniacute motoroveacute kontroleacutery se ovšem nepoužiacutevajiacute pouze pro renovace a modernizace staršiacutech

provozů ale je samozřejmostiacute že noveacute společnosti s vysokyacutem počtem až tisiacutecem motorů saacutehnou

po technologicky vyspěleacutem ochranneacutem a monitorovaciacutem zařiacutezeniacute pro trojfaacutezoveacute asynchronniacute

motory

Montaacutež zařiacutezeniacute do rozvaacuteděče je velice jednoduchaacute Postačiacute pouze všeobecně použiacutevanaacute DIN

lišta (EN50022-35) na kterou se kontroleacuter zasadiacute nebo je možneacute upevněniacute 4 šrouby M4

Demonstrativniacute zasazeniacute na DIN lištu je předvedeno na Obr 11

Obr 11 Instalace UMC100-FBP na DIN lištu[1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 17

TECHNICKEacute VYBAVENIacute UMC100-FBP 2

21 Kompaktniacute zaacutekladniacute jednotka

Zaacutekladniacute jednotka kontroleacuteru obsahuje nejdůležitějšiacute čaacutesti jako je integrovanyacute měřiciacute systeacutem

a 2 seacuterie svorek Tyto svorky tvořiacute vstupy a vyacutestupy kontroleacuteru Jsou tvořeny 6 digitaacutelniacutemi vstupy

24V DC (spodniacute svorky) 1 integrovanyacute vstupem pro připojeniacute PTC termistoru a 4 vyacutestupy (horniacute

svorky) Tyto vyacutestupy tvořiacute 3 vyacutestupniacute releacute a 1 digitaacutelniacute tranzistorovyacute vyacutestup UMC100 takeacute

disponuje třemi LED pro signalizaci stavu technickeacuteho vybaveniacute Umožňuje tedy provoz bez

použitiacute sběrnicoveacuteho systeacutemu a daacutelkoveacute přiřazeniacute parametrů přes řiacutediciacute systeacutem Na Obr 21 je

patrneacute použitiacute konektoru M12

[2]

Obr 21 Vnějšiacute popis UMC100-FBP a s připojenyacutem UMC100-PAN

1 upevňovaciacute očka pro montaacutež 4 šrouby M4 Očka je možneacute odlomit pokud bude zařiacutezeniacute

připevněno na DIN lištu

2 konektory pro připojeniacute odporoveacuteho PTC sniacutemače

3 připojovaciacute svorky pro komunikaci s IO moduly

4 zaacutestrčka M12 pro připojeniacute konektoru FieldBusPlug

5 3 stavoveacute LED kontrolky

zelenaacute ndash motor připraven

žlutaacute ndash motor je v provozu

červenaacute ndash přetiacuteženiacute nebo porucha motoru (hlaacutešeniacute chyby)

6 připojovaciacute svorky pro releacuteoveacute vyacutestupy

(šrouby nepoužiacutevanyacutech svorek musiacute byacutet dotaženy pro zajištěniacute ochrany proti naacutehodneacutemu

vyšroubovaacuteniacute a naacutesledneacutemu kontaktu)

7 konektor pro připojeniacute ovlaacutedaciacuteho LCD panelu Control Panel UMC100-PAN

8 prvniacute dvě svorky sloužiacute pro napaacutejeciacute napětiacute 24V DC 24VDC vyacutestup a DI0 až DI0 jsou

připojovaciacute svorky pro digitaacutelniacute vyacutestupy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 18

9 znaacutezorněnaacute draacuteha proudu pro napaacutejeniacute motoru vodiči o průměru až 11mm což odpoviacutedaacute

průřezu vodiče až 25mm2

211 Stavebniacute bloky

Naacutesledujiacuteciacute scheacutema demonstruje hlavniacute funkčniacute bloky UMC100 a tok dat mezi nimi Obr 22

Hlavniacute blok (Protection) obsahuje prvky souvisejiacuteciacute s ochrannyacutemi prvky Motorovaacute ochrana maacute

vždy vyššiacute prioritu než spiacutenaacuteniacute releacuteovyacutech vyacutestupů Ochrana působiacute přiacutemo na vyacutestup releacute a může

motor zastavit Pokud selže některaacute čaacutest HW zařiacutezeniacute kontrola Hardware Supervision otevře

releacuteoveacute vyacutestupy z bezpečnostniacutech důvodů automaticky Hardware Supervision neniacute možneacute

vyřadit

Měřeniacute proudu poskytuje informace o aktuaacutelniacutem proteacutekajiacuteciacutem proudu motorem kdy zařiacutezeniacute

měřiacute proud v jednotlivyacutech faacuteziacutech a vypočte středniacute hodnotu Naacutestupce původniacuteho kontroleacuteru

UMC22 použiacutevaacute aktuaacutelniacute informace o proudu a takeacute počiacutetaacute odpoviacutedajiacuteciacute teplotu motoru pomociacute

tepelneacuteho modelu Na určiteacute definovaneacute uacuterovni skutečneacute nebo vypočiacutetaneacute teploty dojde k vypnutiacute

motoru z důvodu přetiacuteženiacute

PTC input - tento vstup sloužiacute pro připojeniacute PTC termistoru pro měřeniacute skutečneacute teploty

vinutiacute motoru

Blok (Motor control) obsahuje množstviacute řiacutediacuteciacutech funkciacute Veškereacute přiacutechoziacute přiacutekazy z hlavniacuteho

panelu z digitaacutelniacutech vstupů nebo z FBP rozhraniacute jsou seřazeny a podle nastaveniacute uživatele jsou

poteacute zpracovaacutevaacuteny Blok Starter function řiacutediacute releacuteoveacute vyacutestupy Všechny bloky pracujiacute v logickeacutem

sledu Obvykle majiacute předem definovaneacute aplikace ktereacute budou provaacutedět UMC100 ovšem nabiacuteziacute i

vytvaacuteřeniacute vlastniacutech aplikaciacute [1]

Obr 22 Zaacutekladniacute blokoveacute scheacutema UMC100-FBP a tok dat mezi hlavniacutemi čaacutestmi zařiacutezeniacute [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 19

22 Ovlaacutedaciacute panel UMC100-PAN

UMC100-PAN je LCD panel kteryacutem lze rozšiacuteřit UMC100 o zobrazovaciacute prvek Tento prvek

připojiacuteme na UMC (Obr 21 7 -Konektor pro připojeniacute ovlaacutedaciacuteho LCD panelu Control Panel

UMC100-PAN) Zmiacuteněnyacute typ LCD je možneacute připojit pouze na UMC100 jelikož neniacute

kompatibilniacute se staršiacutem typem UMC22 LCD je předevšiacutem určen pro montaacutež na čelniacutem panelu

nebo na rozvaděči Ovlaacutedaciacute panel sloužiacute k lokaacutelniacutemu zobrazeniacute všech dat Poruchy (errors) a

vyacutestrahy jsou zobrazovaacuteny v nezakoacutedovaneacute podobě Externiacute zaacutevada může byacutet doplněna

individuaacutelniacutem textem např Phase loss Veškereacute parametry je možneacute nastavovat měnit a dle

potřeby chraacutenit přiacutestupovyacutem heslem

Panel sloužiacute pro zobrazeniacute veškeryacutech uacutedajů o obvodu jako např

proud prochaacutezejiacuteciacute motorem (možneacute absolutniacute zobrazeniacute v A nebo relativniacute v )

napětiacute na jednotlivyacutech faacuteziacutech L1-L3 (při použitiacute VI150(5))

aktuaacutelniacute uacutedaje o sepnutyacutech vstupech a vyacutestupech

způsob zapojeniacute motoru-přiacutemyacute chod reverzniacute chodhellip

Při vyacuteskytu přetiacuteženiacute dojde k vybaveniacute ochrany Na LCD je možneacute sledovat časovyacute odpočet

kteryacute zbyacutevaacute do dalšiacuteho možneacuteho uvedeniacute motoru do chodu po vychladnutiacute Po uplynutiacute tohoto

časoveacuteho uacuteseku může byacutet motor opět spuštěn [1]

Obr 23 Popis UMC100-PAN

1 3 stavoveacute LED

zelenaacute ndash zařiacutezeniacute připraveno

žlutaacute ndash zařiacutezeniacute v chodu

červenaacute ndash hlaacutešeniacute poruchy

2 podsviacutecenyacute LCD display

3 vstup do menu ovlaacutedaacuteniacute (Enter Control Menu)

4 vstup do menu nastaveniacute (Enter Configuration Menu)

5 posun nahoru

6 stop motoru

7 posun dolů

8 start motoru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 20

23 Napěťovyacute a rozšiřovaciacute modul

Napěťovyacute VI15x a rozšiřovaciacute (vstupně vyacutestupniacute) modul DX1xx sloužiacute pro možneacute rozšiacuteřeniacute

UMC o dalšiacute vstupy a vyacutestupy v přiacutepadě modulu DX a o měřeniacute napětiacute pomociacute modulu VI

231 Nastaveniacute komunikace

Při použitiacute rozšiřovaciacutech modulů je nejprve nutno pomociacute UMC100-PAN nastavit jejich

připojeniacute Nastaveniacute a uvedeniacute do chodu je provedeno naacutesledujiacuteciacutem způsobem

V hlavniacutem menu (ovlaacutedaacuteniacute pomociacute LCD) vybereme položku IO modules a volbu potvrdiacuteme

přiacuteslušnyacutem tlačiacutetkem Tlačiacutetky Nahoru nebo Dolů vybereme požadovanyacute modul kteryacute chceme

propojit s kontroleacuterem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on [1]

Nastaveniacutem na bdquoonldquo uvedeme moduly do provozu Funkce napěťoveacuteho modulu (VI15x) je

ověřitelnaacute jednoduchyacutem způsobem Pokud nejsou připojeny napaacutejeciacute faacuteze na svorky L1L2 a L3

modulu zařiacutezeniacute hlaacutesiacute chybu z důvodu ochrany při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze [4] [5]

232 VI15x- FBP

VI15x je přiacutedavnyacute napěťovyacute modul sloužiacuteciacute pro měřeniacute sdruženeacuteho popř faacutezoveacuteho napětiacute

motoru Z hodnot proudu měřenyacutech UMC a napětiacute pomociacute VI15x je možno vyhodnotit faacutezovyacute

posuv mezi napětiacutem a proudem Naměřeneacute hodnoty putujiacute skrze komunikačniacute kanaacutel směrem k

UMC100 K propojeniacute s UMC100 sloužiacute piny s označeniacutem Ca a Cb Daacutele modul obsahuje svorky

pro připojeniacute jednotlivyacutech faacutezovyacutech vodičů L1L2 a L3 Pro spraacutevnyacute sled faacuteziacute a jeho detekci musiacute

byacutet dodrženo spraacutevneacute zapojeniacute vzhledem k proudům měřenyacutem v UMC VI150 sloužiacute pro

připojeniacute pouze do uzemněneacute soustavy ( TN-C nebo TN-S) Modul VI155 lze naopak použiacutet jak

pro uzemněneacute soustavy (TN) tak i pro neuzemněneacute (IT) Oba typy sloužiacute k upevněniacute na DIN

lištu [1] [3]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 21

2321 Vnitřniacute struktura VI150-FBP

Obraacutezek přibližuje vnitřniacute strukturu použiteacuteho napěťoveacuteho modulu VI150

Obr 24 Struktura napěťoveacuteho modulu VI150 [3]

Obr 25 Vnějšiacute popis modulu VI150 pro UMC100-FBP

1 konektory pro komunikaci s UMC100 a pro komunikaci s rozšiřovaciacutemi moduly DX111-

FBP a DX122-FBP

2 napěťoveacute vstupy

3 releacuteovyacute vyacutestup

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 22

4 svorky pro připojeniacute napaacutejeciacuteho napětiacute 24VDC

5 3 stavoveacute LED

zelenaacute - zařiacutezeniacute připraveno

žlutaacute - varovaacuteniacute

červenaacute - porucha zařiacutezeniacute

6 popisovyacute štiacutetek

233 DX111-FBP

Modulaacuterniacute zařiacutezeniacute umožňujiacuteciacute rozšiacuteřeniacute UMC100 o dalšiacute pomocneacute vstupy a vyacutestupy

použitelneacute pro různaacute hlaacutešeniacute a vyacutestrahy Digitaacutelniacute vstupy jsou potenciaacuteloveacute s napětiacutem 24V DC

Proto je nutneacute pro ovlaacutedaciacute obvody dodržet napětiacute 24V DC nebo bezpotenciaacuteloveacute kontakty (tj

releacute) připojeneacute ze svorky +24V

Rozšiřovaciacute modul DX111-FBP nabiacuteziacute množstviacute vstupů a vyacutestupů uvedenyacutech v (Tab 21)

Vstupy 8 digitaacutelniacutech vstupů 24V DC

Vyacutestupy 4 releacuteoveacute vyacutestupy

1 analogovyacute vyacutestup

Vstupniacute napětiacute 24V DC

Vstupniacute proud 60 mA

Logickaacute 0 -312hellip+5V DC

helliphelliphelliphellipcv1 +15hellip+312V DC

Tab 21 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX111-FBP [1]

234 DX122-FBP

Multifunkčniacute modul DX122-FBP maacute srovnatelneacute vlastnosti jako předešlaacute DX111 ovšem

rozdiacutel je v tom že DX122 nabiacuteziacute osm digitaacutelniacutech vstupů pro napětiacute 110V až 230V AC

Vstupy 8 digitaacutelniacutech vstupů 110-230V AC

Vyacutestupy 4 releacuteoveacute vyacutestupy

1 analogovyacute vyacutestup

Vstupniacute napětiacute 110V AChellip 240V AC

Vstupniacute proud 60 mA

Logickaacute 0 0hellip 40V AC

helliphelliphelliphelliphellip 1 74hellip 265V AC

Tab 22 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX122-FBP [1]

Pomocnyacute rozšiřovaciacute modul se k UMC100 připojiacute na svorky Ca a Cb patrneacute na (Obr 21)

Připojeniacute lze proveacutest prostou kroucenou dvoulinkou Vzhledem k omezenyacutem prostoraacutem

rozvaacuteděčů kam je UMC100 instalovaacuteno je možneacute připojit rozšiřovaciacute modul odděleně od

kontroleacuteru a to až do vzdaacutelenosti maximaacutelniacute deacutelky 3m [1] [5]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 23

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezek (Obr 26) opět popisuje svorky a monitorovaciacute prvky DX122

Obr 26 Vnějšiacute popis IO modulu DX122-FBP pro UMC100-FBP

1 releacuteoveacute vyacutestupy (čaacutest 1)

2 releacuteoveacute vyacutestupy (čaacutest 2)

3 analogovyacute vyacutestup

4 komunikačniacute port s UMC

5 popisovyacute štiacutetek

6 digitaacutelniacute vstupy (110V AC- 230V AC)

7 3 stavoveacute LED

zelenaacute ndash zařiacutezeniacute v provozu

žlutaacute ndash vyacutestraha

červenaacute ndash porucha modulu

8 svorky pro napaacutejeniacute 24 V DC

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 24

24 Proudovyacute měřiacuteciacute transformaacutetor

Proudoveacute měřiacuteciacute transformaacutetory sloužiacute pro měřeniacute většiacutech hodnot střiacutedavyacutech proudů než je

dovoleno měřiacuteciacutem přiacutestrojem a takeacute ke galvanickeacutemu odděleniacute vedeniacute od měřiacuteciacuteho přiacutestroje

Funkce je založena na principu elektromagnetickeacute indukce Primaacuterniacute vinutiacute je tvořeno silovyacutem

vodičem měřeneacuteho vedeniacute Průchodem proudu primaacuterniacutem vedeniacutem se v magnetickeacutem obvodu

(jaacutedru) vytvaacuteřiacute magnetickyacute tok Φ a na zaacutekladě Faradayova zaacutekona elektromagnetickeacute indukce se

v sekundaacuterniacutem vinutiacute indukuje napětiacute Na sekundaacuterniacute vinutiacute je připojena měřiacuteciacute soustava

Obr 27 Magnetizačniacute charakteristika feromagnetickeacuteho materiaacutelu

Z průběhu magnetizačniacute charakteristiky feromagnetickeacuteho materiaacutelu (zaacutevislosti magnetickeacute

indukce na intenzitě magnetickeacuteho pole ) je patrnyacute stav kdy dojde k nasyceniacute magnetickeacuteho

obvodu transformaacutetoru Při nasyceniacute dochaacuteziacute ke změně vlastnostiacute feromagnetickeacuteho materiaacutelu

a křivka se od lineaacuterniacuteho průběhu odklaacuteniacute (tzv koleno magnetizačniacute křivky)

Obr 28 Měřiacuteciacute transformaacutetor proudu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 25

241 Externiacute proudovyacute transformaacutetor CTs

Externiacute přiacutestrojovyacute transformaacutetor proudu (daacutele jen PTP) se použiacutevaacute v přiacutepadě je-li jmenovityacute

proud motoru vyššiacute než 63A tzn sloužiacute k přizpůsobeniacute proudoveacuteho rozsahu na hodnotu kterou

je schopno UMC změřit UMC100 je schopneacute pracovat pomociacute sveacuteho vnitřniacuteho transformaacutetoru

proudu s proudem 024A až 63A Použitiacutem externiacuteho proudoveacuteho transformaacutetoru je možneacute měřit

až do hodnoty 850A PTP k UMC100 majiacute převod 1854 3104 5004 a 8504 Sekundaacuterniacutemu

vinutiacute odpoviacutedajiacute 4A což uvaacutediacute popis jednotlivyacutech typů proudovyacutech transformaacutetorů uvedenyacutech v

Tab 23 (čiacuteslo uvedeneacute za lomiacutetkem) např CTxLxxxR4 PTP maacute definovanou třiacutedu přesnosti

3 v celeacutem rozsahu měřeneacuteho proudu K nasyceniacute magnetickeacuteho obvodu transformaacutetoru dochaacuteziacute

přibližně při osminaacutesobku jmenoviteacuteho proudu In Transformaacutetor je navržen s třiacutedou přesnosti

5P10 to znamenaacute že je deklarovaacutena průměrnaacute chyba menšiacute než 5 při 10 naacutesobku jmenoviteacute

hodnoty proudu

Typ Rozsah měřeneacuteho proudu

[A] Max proud CT

[A]

CT4L185R4 60 až 185 1480

CT4L310R4 180 až 310 2480

CT5L500R4 300 až 500 4000

CT5L850R4 500 až 850 6800

Tab 23 Typy externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů s měřenyacutem rozsahem proudu [1]

Přiacuteklad zvoleniacute přiacuteslušneacuteho proudoveacuteho transformaacutetoru

Maacuteme-li asynchronniacute motor se jmenovityacutem proudem napřiacuteklad In =190 A a rozběhovyacutem proudem

pak

(241)

Podle jmenoviteacuteho proudu motoru In ležiacuteciacuteho v rozsahu měřeneacuteho proudu přiacuteslušneacuteho CT

určiacuteme typ CT Nachaacuteziacute-li se jmenovityacute proud na mezi některeacuteho z měřenyacutech rozsahů CT voliacute se

takovyacute transformaacutetor kteryacute maacute většiacute hodnotu maximaacutelniacuteho proudu než vyacuteslednyacute proud

vypočtenyacute Pro přiacutepad kdy In = 190 A je zvolenyacute typ CT4L310R4 Maximaacutelniacute proud Imax splňuje

požadavek kdy Imax lt max proud CT [1]

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezky představujiacute konstrukce externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 26

Obr 29 Konstrukce CT4L185R4 a CT4L310R4 [3]

Obr 210 Konstrukce CT5L500R4 a CT5L850R4 [3]

Zapojeniacute svorkovnice proudoveacuteho transformaacutetoru CTxLxxxR4 a propojeniacute s integrovanyacutem

proudovyacutem transformaacutetorem UMC100 Na Obr 211 je takeacute ukaacutezka zapojeniacute měřiacuteciacuteho modulu

VI150 na přiacutevodniacutech faacuteziacutech motoru a dodrženyacutem spraacutevnyacutem sledem faacutezovyacutech vodičů

Obr 211 UMC100-FBP s CT a VI150 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 27

Obecně platiacute že vyacutevody sekundaacuterniacuteho vinutiacute měřiacuteciacuteho transformaacutetoru proudu jsou buď

zapojeny na zaacutetěž nebo jsou propojeny do zkratu a jeden z vyacutevodů je uzemněn Princip je patrnyacute

z Obr 212 V praxi dochaacuteziacute k několika chybaacutem způsobenyacutech neznalostiacute problematiky Jednou

může byacutet neuzemněniacute jedneacute ze svorek sekundaacuterniacuteho vinutiacute Pak vznikaacute kapacitniacute vazba a

sekundaacuterniacute vinutiacute v nepřiacutezniveacutem přiacutepadě může vysokyacutem napětiacutem termionicky působit - jiskřit na

kostru Při delšiacutem trvaacuteniacute jiskřiveacuteho vyacuteboje v jednom miacutestě se mohou vytvořit vodiveacute cesty a dojiacutet

k průrazu izolace vodiče k nežaacutedouciacutemu potenciaacutelu [8]

Obr 212 Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů proudu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 28

25 Monitorovaciacute zařiacutezeniacute zemniacuteho spojeniacute CEM11-FBP

Monitorovaciacute zařiacutezeniacute CEM11 sloužiacute pro sledovaacuteniacute svodovyacutech proudů respektive zemniacutech

poruch způsobenyacutech nejčastěji poškozenou izolaciacute Detekovaacuteniacute takoveacuteto zemniacute poruchy vede

k odpojeniacute motoru aby nedošlo k jeho většiacutemu poškozeniacute nebo vede k upozorněniacute obsluhy

Možneacute použitiacute je jak v siacutetiacutech uzemněnyacutech tak i neuzemněnyacutech

Průvlečneacute oko je tvořeno toroidniacutem transformaacutetorem kteryacutem jsou vedeny všechny 3 faacutezoveacute

vodiče motoru Zařiacutezeniacute hliacutedaacute to aby součet faacutezorů proudů byl nulovyacute Jakmile dojde k zemniacutemu

spojeniacute tzn součet faacutezorů proudů je nenulovyacute integrovanaacute elektronika CEM11 sepne nebo

rozepne vyacutestup Vyacutestup z CEM11 pracuje jako kontakt kteryacute detekovanou hodnotou proudu

sepne nebo rozepne 24V DC jenž poteacute může byacutet připojeno jako např digitaacutelniacute vstup do UMC

Nastaveniacute zpožděniacute sepnutiacute varovaacuteniacute nebo odpojeniacute lze zvolit v UMC a to v rozsahu od 01s ndash

255s Nastaveniacute citlivosti spiacutenaacuteniacute je možneacute v několika krociacutech Poloha přepiacutenače (0-7) s toleranciacute

na pozici 0 cca plusmn30 a daacutele vždy s toleranciacute cca plusmn10

CEM11 je možneacute uložit spolu s ostatniacutemi komponenty na DIN lištu normovaneacuteho rozměru

35mm nebo pomociacute přiacutedavneacuteho klipu pro nejmenšiacute rozměr CEM11-FBP20 [1]

Průměr průvlečneacuteho

oka [mm]

Proudovyacute rozsah

[mA]

20 80 - 1700

35 100 - 3400

60 120 - 6800

120 240 - 13600

Tab 24 Rozměry vyraacuteběnyacutech CEM11-FBPs udaacutevanyacutemi hodnotami svodovyacutech proudů

Obr 213 Zapojeniacute CEM11-FBP do obvodu [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 29

26 Napaacutejeciacute zdroj

Pro napaacutejeniacute modulů UMC100 DX122 a VI150 sloužiacute zdroj typu CP-D 2413 Jednaacute se o

napaacutejeciacute zdroj kteryacute na sveacutem vyacutestupu dovoluje regulaci napětiacute 24-28V DC s toleranciacute plusmn 1

Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute je umožněna z důvodu připojeniacute modulů na dlouheacute vedeniacute kde

vznikajiacute uacutebytky napětiacute praacutevě vlivem deacutelky vedeniacute Zpravidla klesne-li na vedeniacute napětiacute od

jednoho zdroje na ktereacutem je nastaveno maximaacutelniacute vyacutestupniacute napětiacute pod minimaacutelniacute hodnotu

potřebnou pro napaacutejeniacute modulu je nutneacute použiacutet dalšiacute napaacutejeciacute zdroj Maximaacutelniacute proud zdroje je

Imax = 13A a jmenovityacute vyacutestupniacute vyacutekon 30W Tento typ zdroje je diacuteky svyacutem modulaacuterniacutem

rozměrům možneacute umiacutestit na DIN lištu (EN50022-35) [6]

Naacutesledujiacuteciacute zatěžovaciacute charakteristika znaacutezorňuje zaacutevislost svorkoveacuteho napětiacute zdroje na

odebiacuteraneacutem proudu pro teplotu T=25degC

Obr 214 Zatěžovaciacute charakteristika zdroje CP-D 2413[6]

Obr 215 Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 30

27 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

Tento modul poskytuje komunikaci pro FieldBusPlug zařiacutezeniacute jako je např UMC100

s počiacutetačem prostřednictviacutem siacutetě Ethernet K MTQ22 lze připojit až 4 zařiacutezeniacute pro uacutesporu

naacutekladů Naacutesledujiacuteciacute popis je vztažen k Obr 216 kde jsou znaacutezorněny jednotliveacute čaacutesti modulu

1 konektory s označeniacutem X1 až X4 sloužiacute pro připojeniacute až 4 zařiacutezeniacute FBP

2 LED diody pro signalizaci aktuaacutelniacuteho stavu komunikace

3 micro USB konektor s označeniacutem X5 pro připojeniacute a konfiguraci pomociacute PC

4 dvě RJ45 zaacutesuvky s označeniacutem E1 a E2 pro připojeniacute pomociacute Ethernetoveacuteho kabelu

5 konektor pro připojeniacute 24V DC napaacutejeciacuteho napětiacute nese označeniacute X6

Obr 216 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 31

OCHRANNEacute FUNKCE 3Kontroleacuter nabiacuteziacute velkeacute množstviacute ochrannyacutech funkciacute potřebnyacutech pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacuteho chodu

motoru Některeacute funkce jsou aktivniacute pouze po čaacutest běhu motoru typicky při startu motoru jineacute

po jeho rozběhu Naacutesledujiacuteciacute tabulka (Tab 31) nastiacuteniacute přehled nejdůležitějšiacutech ochran motoru a

čas kdy jsou aktivovaacuteny

Ochrannaacute funkce Aktivniacute

Při tepelneacutem přetiacuteženiacute Vždy

Při zablokovaneacutem rotoru Při startu motoru

Při proudoveacutem přetiacuteženiacute Po startu

Při proudoveacutem podtiacuteženiacute Po startu

Sled faacuteziacute Vždy

Při faacutezoveacute nesymetrii Vždy

Při ztraacutetě faacuteze Vždy

PTC ochrana Vždy

Při zemniacutem spojeniacute Vždy po spuštěniacute

Při napěťovyacutech špičkaacutech Vždy

Při harmonickeacutem zkresleniacute Vždy

Tab 31 Ochranneacute funkce [1]

Nastaveniacute parametrů jednotlivyacutech ochran probiacutehaacute pomociacute UMC100-PAN

31 Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute

UMC100 disponuje nastavitelnyacutem vypiacutenaacuteniacutem při tepelneacutem přetiacuteženiacute podle třiacuted 5E 10E 20E

30E a 40E viz Obr 31 Tyto třiacutedy uvaacutedějiacute poměr mezi aktuaacutelniacutem prochaacutezejiacuteciacutem proudem

motorem I a jmenovityacutem proudem motoru In uvedenyacutem na štiacutetku v zaacutevislosti na maximaacutelniacute době

rozběhu t

Třiacuteda 5E 10E 20E 30E 40E

t [s] 15 3 6 3 12

Tab 32 Třiacutedy přetiacuteženiacute a čas odpojeniacute

Lze hovořit o dvou typech rozběhu motoru

1 normaacutelniacute rozběh - do 10s

2 těžkyacute rozběh - viacutece jak 10s

Při rozběhu zatiacuteženeacuteho motoru se otaacutečky zvyšujiacute z nuloveacute hodnoty na jmenovitou přičemž

dochaacuteziacute k naacuterůstu proudu až na několikanaacutesobek jeho jmenoviteacute hodnoty Zpravidla u většiacutech

motorů byacutevaacute naacuterůst až 10In tudiacutež v tento bdquokritickyacuteldquo okamžik nesmiacute vybavit ochrana na tepelneacute

přetiacuteženiacute Rozběh motoru pro UMC končiacute při poklesu proudu I na hodnotu 135 proudu

jmenoviteacuteho In nebo při dosaženiacute jmenovityacutech otaacuteček nn Udaacutevaneacute časy představuje Tab 32

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 32

311 Určeniacute teploty vinutiacute a vypiacutenaciacute třiacutedy

Podle způsobu určeniacute teploty vinutiacute motoru se ochrany rozlišujiacute na proudově nezaacutevisleacute a

proudově zaacutevisleacute

Proudově nezaacutevisleacute ochrany měřiacute přiacutemo teplotu ve vinutiacute motoru pomociacute vhodneacuteho čidla

teploty zpravidla termistoru Tiacutemto způsobem lze zjistit nedovoleneacute otepleniacute způsobeneacute např

poruchou cirkulace vzduchu kterou proudově zaacutevislaacute ochrana neniacute schopna vyhodnotit

Proudově zaacutevisleacute ochrany vyhodnocujiacute teplotu vinutiacute motoru nepřiacutemo a to prostřednictviacutem

vyacutepočtoveacuteho modelu z provozniacuteho proudu motoru Zvyacutešeniacute provozniacuteho proudu motoru maacute za

naacutesledek otepleniacute ktereacute vede trvaacute-li delšiacute dobu k poškozeniacute nebo zničeniacute motoru Ochrana při

tepelneacutem přetiacuteženiacute ndash TOL chraacuteniacute motor před přehřaacutetiacutem Tepelnyacute model je vypočiacutetaacutevaacuten za chodu i

v klidu motoru a z těchto stavů se pak zjistiacute tepelnaacute kapacita Znalost teacuteto hodnoty vede

k maximalizaci produktivity Funkčnost tepleneacuteho modelu je v souladu s normou

Při použitiacute motoru pro cyklickeacute operace dochaacuteziacute ke schodoviteacutemu zvyšovaacuteniacute teploty motoru Je

zapotřebiacute volit spraacutevnyacute čas intervalu mezi cykly aby nedochaacutezelo k přehřaacutetiacute a zbytečneacutemu

poškozeniacute izolace vinutiacute motoru

Funkce Thermal load (tzv tepelnaacute zaacutetěž) hliacutedaacute poměr aktuaacutelniacuteho prochaacutezejiacuteciacuteho proudu I a

jmenoviteacuteho proudu In motoru Jakmile poměr IIn přesaacutehne 100 začiacutenaacute odpočet TTT a motor

bude odpojen po uplynutiacute nastaveneacute periody Možnost opětovneacuteho spuštěniacute přetiacuteženeacuteho motoru

proběhne po jeho vychladnutiacute To je možneacute nastavit dvěma způsoby [1]

1 Ručně nastavenou periodou během ktereacute je motor blokovaacuten proti spuštěniacute

(ovlivňovaacuteno velikostiacute motoru teplotou prostřediacute kde je motor použit zda je vybaven

ventilaacutetorem či neniacute apod)

2 Nastaveniacutem procentuaacutelniacute hodnoty tepelneacute kapacity do ktereacute nebude moci obsluha

motor spustit (při nastaveniacute 50 nedojde k odblokovaacuteniacute ochrany pokud neklesne

tepelnaacute kapacita pod zadanou hodnotu)

Určeniacute vypiacutenaciacute třiacutedy je představeno na naacutesledujiacuteciacutem přiacutekladu

Maacuteme-li trojfaacutezovyacute asynchronniacute motor o vyacutekonu 22kW poměr IIn = 5 a maximaacutelniacute dobu

rozběhu to = 10s Z přiloženeacuteho grafu vypiacutenaciacutech třiacuted pro studenyacute motor určiacuteme požadovanou

třiacutedu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 33

Obr 31 Vypiacutenaciacute třiacutedy pro UMC100-FBP[1]

Z vyacutesledku je patrneacute že motor budeme vypiacutenat proti přetiacuteženiacute podle třiacutedy 5E jelikož křivka

pro 5E je pod maximaacutelniacute dobou rozběhu to = 10s Pokud by došlo ke zvoleniacute např třiacutedy 10E

hrozilo by poškozeniacute motoru jelikož by na motor působilo přetiacuteženiacute delšiacute dobu než je tomu

dovoleno [10]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 34

32 Ochrana při zablokovaneacutem rotoru

V okamžiku připojeniacute motoru na napaacutejeciacute siacuteť se rotor neotaacutečiacute (n = 0 s = 1) Motor je ve

stavu nakraacutetko a jeho proud je omezen pouze ohmickyacutemi odpory a rozptylovyacutemi reaktancemi

vinutiacute Zaacuteběrnyacute proud I1z dosahuje většinou 4 až 10 x většiacutech hodnot než proud jmenovityacute In

Určit velikost tohoto proudu je možneacute ze vztahu 321

radic

kde

U1 - Vstupniacute napětiacute

R1 - Odpor primaacuterniacuteho vinutiacute

Xr1 - Reaktance statoroveacuteho vinutiacute

Xrsquor20 - Reaktance zabrzděneacuteho rotoru

Rlsquo2s - Celkovyacute činnyacute odpor rotoru

RFe - Činnyacute odpor magnetickeacuteho obvodu

Xm - Reaktance magnetickeacuteho obvodu

I1z - Zaacuteběrnyacute proud

Obr 32 Obvodovyacute model asynchronniacuteho motoru pro jednu faacutezi statoroveacuteho vinutiacute ndash nakraacutetko

Velkyacute zatěžovaciacute moment Mz nebo mechanickaacute porucha může zapřiacutečinit zablokovaacuteniacute rotoru

Ochrannaacute funkce detekuje dlouhou počaacutetečniacute situaci kteraacute je praacutevě důsledkem zmiacuteněnyacutech přiacutečin

UMC100 tiacutemto odpojiacute motor od napaacutejeniacute čiacutemž ho ochraacuteniacute od nadměrneacuteho tepelneacuteho namaacutehaacuteniacute

V uživatelskeacutem prostřediacute je možneacute individuaacutelně nastavit jak maximaacutelniacute proud tak i čas po

ktereacutem dojde k odpojeniacute zablokovaneacuteho motoru Pro experimentaacutelniacute použitiacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy je nastavena hodnota poměru pro odpočet a naacutesledneacute odpojeniacute IIn na 300 [1] [9]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 35

33 Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute zabezpečiacute odpojeniacute motoru vyskytne-li se v obvodu většiacute

hodnota proudu než nastavenaacute jmenovitaacute In Bliacuteže tuto funkci představiacute přiloženyacute průběh Funkce

je aktivniacute až po roztočeniacute motoru v okamžiku rozběhu je neaktivniacute

Princip ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Do okamžiku T1 od zapnutiacute klesne zaacuteběrnyacute proud na hodnotu cca Ix = 135 In V časoveacutem

uacuteseku T1 až T2 dochaacuteziacute k naacuterůstu prochaacutezejiacuteciacuteho proudu motorem V okamžiku T2 překročiacute

proud hodnotu Ivar Tiacutemto okamžikem začne odpočet nastaveneacute doby zpožděniacute tvar kteraacute po

uplynutiacute sepne signalizaci varovaacuteniacute nadproudoveacuteho přetiacuteženiacute Odpočet doby tvar narůstaacute je-li

proud motorem I gt Ivar Jakmile proud I ge Iodp dochaacuteziacute k sepnutiacute čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute todp

Platiacute-li podmiacutenka I ge Iodp a dojde k načteniacute hodnoty todp UMC100 odpojiacute motor od napaacutejeniacute a tiacutem

zabraacuteniacute jeho poškozeniacute

Obr 33 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu přetiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash dosaženiacute vysokeacute proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash dosaženiacute hodnoty proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

34 Ochrana při proudoveacutem podtiacuteženiacute

Jakmile hodnota (činneacuteho) proudu klesne pod nastavenou uacuteroveň kteraacute je pro danyacute proces

typickaacute dojde v UMC100 k vybaveniacute ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a motor odpojiacute od

napaacutejeniacute Tato ochrana se předevšiacutem využiacutevaacute pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacute funkce čerpadla když detekuje

ztraacutetu jeho saacuteniacute či pro paacutesoveacute dopravniacuteky ve vyacuterobniacutech provozech Včasneacute varovaacuteniacute a odpojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 36

motoru snižuje zejmeacutena prostoje vyacuteroby Princip varovaacuteniacute a odpojeniacute je představen na

naacutesledujiacuteciacutem průběhu jak tomu bylo u ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Princip ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute zobrazeneacuteho průběhu

Po poklesu aktuaacutelniacuteho proudu v okamžiku T1 motor normaacutelně běžiacute V časoveacutem uacuteseku T1 až

T2 dochaacuteziacute k poklesu proudu pod jmenovitou hodnotu In až na nastavenou hodnotu Ivar Při

dosaženiacute teacuteto hodnoty začne odpočet varovaacuteniacute proudoveacuteho podtiacuteženiacute Nepřesaacutehne-li proud za

dobu kratšiacute než tvar mez Ivar (tzn nevzroste-li se zpět k In) dojde ke spuštěniacute signalizace

proudoveacuteho podtiacuteženiacute Při pokračujiacuteciacutem poklesu proudu jak je patrneacute v časoveacutem intervalu T2-T3

až na mez Iodp dojde k čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute Při překročeniacute nastaveneacute doby todp a za

podmiacutenky že proud I le Iodp UMC100 motor odpojiacute od napaacutejeciacute siacutetě

Obr 34 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash niacutezkaacute proudovaacute uacuteroveň kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash hodnota proudu kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

Popis funkce ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute blokoveacuteho scheacutematu

Signaacutel Istart představuje hodnotu proudu po startu motoru- log 1(tzn Signalizace motoru v

chodu) Tento signaacutel tvořiacute vstup logickeacuteho hradla AND (1) Funkci tohoto hradla znaacutezorňuje

přiloženaacute tabulka Tab 33 Druhyacute vstup signalizuje aktuaacutelniacute hodnotu proudu kteraacute motorem

proteacutekaacute Je-li proud IltIvar detekuje hradlo AND druhou logickou jedničku a hradlo vybaviacute podle

přiloženeacute tabulky Tento signaacutel z hradla aktivuje časovač zpožděniacute varovaacuteniacute Po uplynutiacute

nastaveneacuteho časoveacuteho uacuteseku signalizuje podtiacuteženiacute Dochaacuteziacute-li staacutele k poklesu proudu až do

uacuterovně kdy IltIodp pak na druheacutem logickeacutem hradle AND (2) budou na vstupu log 1 Sepne

čiacutetaacuteniacute zpožděniacute vypnutiacute a po uplynutiacute doby UMC motor vypne

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 37

Obr 35 Blokoveacute scheacutema ochrany proti proudoveacutemu podtiacuteženiacute [1]

Vstup Vyacutestup

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

Tab 33 Princip funkce logickeacuteho hradla AND

341 Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek

Při chodu asynchronniacuteho motoru odebiacuteraacute stroj ze siacutetě jalovyacute proud kteryacute je potřebnyacute pro

vytvořeniacute magnetizace hlavniacuteho magnetickeacuteho obvodu Tento tzv magnetizačniacute proud je

nezaacutevislyacute na zatiacuteženiacute stroje Uplatněniacute nalezne zejmeacutena při chodu napraacutezdno a maleacutem zatiacuteženiacute

kdy je uacutečiniacutek motoru niacutezkyacute Motor maacute tedy nejleacutepe pracovat při plneacutem zatiacuteženiacute[11]

Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek jsou důležiteacute parametry pro detekovaacuteniacute niacutezkeacute zaacutetěže nebo situace bez

zaacutetěže např uzavřenyacute ventil Pomociacute napěťoveacuteho modulu VI15x a UMC je měřeno sdruženeacute

(faacutezoveacute) napětiacute faacutezovyacute proud čili i faacutezovyacute posuv mezi proudem a napětiacutem - cos φ Pomociacute těchto

parametrů je UMC schopneacute analogicky spočiacutetat hodnotu činneacuteho přiacutekonu

radic

Poklesne-li poteacute činnyacute přiacutekon pod nastavenou procentuaacutelniacute hodnotu P (př 85 Pn) motor vypne

tj bude-li PPn le 085

Experimentaacutelniacutem měřeniacutem v raacutemci laboratorniacute uacutelohy byla pomociacute přiacutestroje Yokogawa WT1800

změřena zaacutevislost uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute motoru Z vyacutesledneacuteho grafu (Obr 37) je

patrneacute že se snižovaacuteniacutem zatiacuteženiacute rotoru klesaacute velikost uacutečiniacuteku Naměřeneacute hodnoty pro konstrukci

grafu jsou uvedeny v přiacuteloze

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 38

Obr 36 Charakteristiky asynchronniacuteho motoru při zatiacuteženiacute [11]

Obr 37 Graf zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti P2

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

01

02

03

04

05

06

07

08

09

0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000

P1 [

W]

cos

ϕ [

-]

P2 [W]

P2 P1 Q1

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 39

35 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

Princip ochrany

Je-li poměr nejnižšiacuteho proudu (Imin) a nejvyššiacuteho proudu (Imax) ve faacuteziacutech nad nastavenou

uacuterovniacute pro varovaacuteniacute sepne signalizace ztraacutety faacuteze Jakmile ovšem tento poměr překročiacute

nastavenou hodnotu pro odpojeniacute motoru sepne zpožděniacute vypnutiacute a podle nastaveneacute třiacutedy

přetiacuteženiacute motor po uplynutiacute časoveacuteho intervalu odpojiacute

Funkce faacutezoveacute nesymetrie je aktivniacute pouze tehdy je-li proud ve všech třech faacuteziacutech gt 25 In

(jmenoviteacuteho proudu) [1]

Naacutesledujiacuteciacute rovnice představuje vyacutepočet procentuaacutelniacuteho poměru proudu pro vypnutiacute motoru při

uacuteplneacute ztraacutetě faacuteze

(

)

36 Ochrana sledu faacuteziacute

Ochrana sledu faacuteziacute hliacutedaacute zejmeacutena spraacutevnyacute směr otaacutečeniacute motoru Důležiteacute pro použitiacute teacuteto

ochrany je miacutesto zapojeniacute napěťoveacuteho modulu VI15x Pokud by byl modul zapojen za stykači

nastala by chyba při reverzniacutem zapojeniacute Na stykačiacutech dochaacuteziacute zapojeniacutem k zaacuteměně dvou

faacutezovyacutech vodičů a tiacutem i změně směru otaacutečeniacute motoru UMC s pomociacute VI150 vyhodnotiacute situaci

jako chybovou a vypne motor Napěťovyacute modul se tedy zpravidla umiacutesťuje hned za hlavniacute jistiacuteciacute

prvek viz Obr 44

37 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Jedno z největšiacutech nebezpečiacute pro motor představuje ztraacuteta jedneacute napaacutejeciacute faacuteze Chod na 2

napaacutejeciacute faacuteze zatěžuje motor na tepelneacute uacutečinky proudu vlivem zvyacutešeniacute proudu ve zbylyacutech 2

faacuteziacutech UMC100 v tomto přiacutepadě vypiacutenaacute motor podle předem stanovenyacutech časovyacutech intervalů

Intervaly vypnutiacute jsou stejneacute jako pro ochranu proti proudoveacutemu přetiacuteženiacute (Tab 32) a

odpoviacutedajiacute nastaveneacute třiacutedě přetiacuteženiacute Tuto ochranu dřiacuteve zajišťovalo tepelneacute releacute ktereacute v tomto

přiacutepadě nemusiacute byacutet použito

38 PTC ochrana

381 Termistor

Termistor je polovodičovyacute nelineaacuterniacute dvojpoacutel jehož odpor se měniacute v zaacutevislosti na teplotě

prostřediacute ve ktereacutem pracuje Jeho vyacutehodou je že velmi rychle a citlivě reaguje na změnu teploty

Rozlišujeme zpravidla 2 druhy termistorů

1 NTC (Negative Temperature Coefficient) - termistor se zaacutepornyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou klesaacute jeho odpor (roste elektrickaacute vodivost a proud)

2 PTC (Positive Temperature Coefficient) ndash termistor s kladnyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou jeho odpor roste

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 40

Obr 38 Zaacutevislost odporu termistoru na teplotě

Použitiacute termistorů

NTC termistory se použiacutevajiacute zpravidla k měřeniacute teploty PTC se nejčastěji využiacutevaacute

v kuchyňskyacutech spotřebičiacutech kde je požadovaacutena konstantniacute teplota v termostatech a pro hliacutedaacuteniacute

teploty vinutiacute motorů

382 Princip PTC ochrany v UMC

Ochrana obecně spadaacute do skupiny proudově nezaacutevislyacutech ochran Pro připojeniacute PTC

termistoru sloužiacute na UMC100 svorky s označeniacutem T1 a T2 PTC zvyšuje svůj odpor s rostouciacute

teplotou proto je možneacute ho použiacutet pro hliacutedaacuteniacute teploty např vinutiacute statoru UMC je schopneacute

vyhodnotit tuto změnu odporu a vydaacute signaacutel k odpojeniacute motoru od siacutetě [7]

39 Ochrana při zemniacutem spojeniacute

Ochrana při zemniacutem spojeniacute spočiacutevaacute v ochraně motoru siacutetě a technologie při nežaacutedouciacutech

vlivech způsobenyacutech zejmeacutena staacuternutiacutem izolace a jejiacutem zhoršenyacutem izolačniacutem uacutečinkem

Naacutesledkem přetěžovaacuteniacute vedeniacute vlhkostiacute kondenzaciacute vody v elektrickeacutem zařiacutezeniacute nebo vrstvou

vodiveacuteho prachu jsou praacutevě zhoršeneacute vlastnosti izolačniacuteho materiaacutelu To vede k nechtěneacutemu

zemniacutemu spojeniacute Zemniacute spojeniacute je monitorovaacuteno pomociacute UMC spolu se zařiacutezeniacutem CEM11 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 41

DEMONSTRAČNIacute PŘIacutePRAVEK 4

41 Naacutevrh přiacutepravku

Pro demonstraci UMC100 a dalšiacutech prvků řady produktů od společnosti ABB sro byl

navržen přiacutepravek pomociacute software AutoCAD a Inventor Professional kteryacute byl poteacute zrealizovaacuten

a oživen Nosnaacute konstrukce (Obr 41) je vyrobena z jӓckelu o rozměru 25x25mm

Obr 41 Nosnaacute konstrukce

Čelniacute panel tvořiacute plech s rozměry 500x400mm a tloušťky 2mm Plech je osazen

rozvaděčovyacutemi kanaacutely 25x60mm a všemi potřebnyacutemi komponentami pro realizaci zapojeniacute

Vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho panelu s otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky a ovlaacutedaciacute tlačiacutetka motoru je na

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

Seznam použityacutech komponent Vyacuterobce

3-poacutelovyacute jistič C16 OEZ

Pojistkoveacute pouzdro RSP 4 Elektro Bečov

Komunikačniacute modul MTQ22-FBP ABB

Motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP ABB

Napěťovyacute modul VI150-FBP ABB

Rozšiřovaciacute modul DX122-FBP ABB

Ministykač LC1K09(LC1K12) Schneider Electric

Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A ABB

Rozvaděčovyacute kanaacutel 25x60mm KOPOS

Přiacutestrojoveacute zdiacuteřky 4mm do panelu AMASS

Tlačiacutetka do panelu 250V1A JIETONG

Tab 41 Seznam použityacutech komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 42

Pro konstrukci je důležiteacute aby navrženyacute panel rozměrově odpoviacutedal všem potřebnyacutem přiacutestrojům

a modulům Pro tuto přiacuteležitost je pomociacute software AutoCAD vytvořen vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho

panelu Obr 43 kteryacute je konstruovaacuten

Navrženyacute nosnyacute plech tloušťky 2mm na ktereacutem jsou umiacutestěny veškereacute komponenty Obr 42

Ve vrchniacute polovině plechu jsou vyvrtaacuteny otvory o průměru 4mm sloužiacuteciacute pro uchyceniacute

rozvaděčoveacuteho kanaacutelu a DIN lišty Ve středniacute čaacutesti plechu jsou 4 průvlečneacute otvory určeneacute k

průchodu vodičů ze zadniacute čaacutesti plechu (od napaacutejeciacutech svorek) do rozvaděčoveacuteho kanaacutelu na straně

předniacute Pro tuto potřebu jsou stejneacute otvory vyvrtaacuteny takeacute do dna kanaacutelu Ve spodniacute čaacutesti jsou

otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky pomociacute kteryacutech je zajištěno napaacutejeniacute panelu a poteacute napaacutejeniacute motoru

a 3 otvory na ovlaacutedaciacute tlačiacutetka k zajištěniacute ovlaacutedaacuteniacute motoru Uchyceniacute plechu k nosneacute konstrukci

je provedeno samořeznyacutemi šroubky M5 v roziacutech plechu

Obr 42 Naacutevrh plechu panelu

Vyacutekres plechu s udaacuteniacutem koacutet je obsažen v přiacuteloze praacutece viz Obr 01

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 43

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 44

42 Scheacutema zapojeniacute přiacutepravku

Demonstračniacute panel je uzpůsoben pro reverzniacute chod trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 44 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho přiacutepravku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 45

43 Vyacuteslednyacute přiacutepravek

Vyacuteslednyacute osazenyacute a zapojenyacute přiacutepravek určenyacute pro laboratorniacute uacutelohu doplněnyacute vhodnyacutemi

štiacutetky pro ovlaacutedaacuteniacute a zapojeniacute napaacutejeciacute siacutetě (VSTUP) a motoru (VYacuteSTUP)

Obr 45 Demonstračniacute přiacutepravek

Zadniacute čaacutest panelu s izolovaacuteniacutem konektorů FASTON pomociacute teplem smrštitelneacute bužiacuterky před

nebezpečnyacutem dotykem živeacute čaacutesti

Obr 46 Zadniacute pohled

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 46

44 Demonstračniacute kufr pro ABB

Pro společnost ABB sro byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 prezentujiacuteciacute

jeho možnosti Zaacutekladniacutem požadavkem naacutevrhu bylo řešeniacute pomociacute jednofaacutezoveacuteho napaacutejeniacute

Jelikož UMC100 je uzpůsobeno pro chod trojfaacutezovyacutech motorů je použit frekvenčniacute měnič

ACS50 kteryacute nabiacuteziacute při napaacutejeniacute pomociacute jednofaacutezoveacute siacutetě na sveacutem vyacutestupu napětiacute 3x230V50Hz

Pro digitaacutelniacute vstupy UMC100 a rozšiřovaciacuteho modulu DX111 je navrženo použitiacute dvoupoacutelovyacutech

paacutečkovyacutech přepiacutenačů s funkciacute (ON)-OFF-ON s napětiacutem 24V DC K signalizaci aktivniacutech vstupů

a vyacutestupů je navrženo použitiacute zelenyacutech signaacutelek Ovlaacutedaciacute panel kufru obsahuje spiacutenače pro

simulaci ztraacutety napaacutejeciacute faacuteze motoru potenciometr k simulaci faacutezoveacute nesymetrie daacutele červenou

signaacutelku pro signalizaci poruchovyacutech stavů a žlutou pro chod motoru Všechny přepiacutenače a

signaacutelky jsou přiacutestupneacute uživateli prostřednictviacutem navrženeacuteho ovlaacutedaciacuteho panelu kteryacute současně

posloužiacute jako kryt kufru (Obr 02) Jelikož pro přenosnyacute kufr neniacute nejvhodnějšiacute použitiacute

asynchronniacuteho motoru je proto použit 6-poacutelovyacute synchronniacute motor s přiacutekonem 23VA

vyacutestupniacutem vyacutekonem 105W a jmenovityacutem proudem 100mA

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 47

Obr 47 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho kufru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 48

SIMULACE OCHRAN 5Kapitola obsahuje soupis simulaciacute ochran ktereacute jsou demonstrovaacuteny v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jež se zabyacutevaacute problematikou UMC100 Z širokeacute škaacutely ochran jsou vybraacuteny 4 situace ktereacute

se v průmyslu často vyskytujiacute

51 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

K nasimulovaacuteniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii je použit posuvnyacute potenciometr kteryacute je

připojen na svorky (12) Pomociacute potenciometru bude snižovaacutena velikost napětiacute na přiacutevodniacute faacutezi

do motoru (L1) Pro demonstraci ochrany je použit napěťovyacute modul VI150 spolu s UMC100 Na

svorky modulu označeneacute (L1L2 a L3) jsou přivedeny faacuteze v uvedeneacutem sledu Při zvyšovaacuteniacute

odporu rezistoru ve faacutezi dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute napětiacute na přiacutevodniacute svorce (L1) vlivem rostouciacuteho

uacutebytku napětiacute na daneacutem rezistoru Je-li napěťovyacute modul propojen vodičem s UMC a je-li spraacutevně

nastaven UMC vyhodnotiacute po určiteacutem poklesu napětiacute a naacuterůstu proudu ve zbylyacutech dvou faacuteziacutech

(L2 a L3) jako chybovou a vybaviacute Nejprve bude vybaveno varovaacuteniacute a poteacute dojde k odpojeniacute

motoru

52 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze je motor vystaven vysokeacutemu riziku což většinou vede k jeho

zničeniacute Demonstrace ochrany proběhne uacuteplnyacutem odpojeniacutem napaacutejeciacute faacuteze L2 Pro vybaveniacute

ochrany neniacute zapotřebiacute aby byl motor v chodu neboť použitiacute napěťoveacuteho modulu VI150

detekuje nepřiacutetomnost napětiacute faacuteze a vybaviacute Při chodu motoru ochrana vybaviacute od 15s pro třiacutedu

5E a do 12s pro 40E podle nastaveneacute třiacutedy přetiacuteženiacute viz Tab 32 Princip funkce při chodu

motoru spočiacutevaacute v porovnaacuteniacute nejvyššiacute a nejnižšiacute naměřeneacute hodnoty faacutezoveacuteho proudu s

nastavenyacutemi uacuterovněmi Vyacutehodou je že signalizuje varovaacuteniacute ještě před samotnyacutem spuštěniacutem

motoru kdy může nastat stav že je přepaacutelena pojistka a obsluha toto nezaznamenala Mimo

přepaacuteleneacute pojistky se může takeacute jednat o uvolněnyacute nebo opotřebenyacute kontakt

53 Ochrana sledu faacuteziacute

Pro spraacutevnyacute chod motoru a diagnostiku pomociacute kontroleacuteru s použitiacutem napěťoveacuteho modulu je

zapotřebiacute dodržet sled faacuteziacute tzn Faacutezovyacute vodič L1rarrsvorka L1 L2 rarrsvorka L3 a L3rarrsvorka L3

Při zaacuteměně některyacutech faacutezovyacutech vodičů neprodleně vybaviacute ochrana sledu faacuteziacute a neniacute dovoleno

spuštěniacute motoru do okamžiku dokud neniacute obsluhou tento probleacutem vyřešen

54 PTC ochrana

Pro vyhodnocovaacuteniacute teploty vinutiacute statoru motoru sloužiacute termistor PTC Při zvyacutešeniacute teploty

nastaacutevaacute zvyacutešeniacute odporu termistoru (viz Obr 38) a motor odpojiacute Udaacutevanaacute odezva UMC na

změnu odporu je v rozmeziacute R = 34-38kΩ

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 49

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany

Z důvodu ochrany motoru neniacute vhodneacute vystavovat motor zvyacutešeneacute teplotě pro nastiacuteněniacute funkce

PTC ochrany Pro tento uacutečel posloužiacute zhotovenyacute box osazenyacute lineaacuterniacutem potenciometrem

s hodnotou odporu 25kΩ jemuž jsou předřazeny odpory 1kΩ a 330Ω

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 50

LABORATORNIacute UacuteLOHA 6

61 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100

Uacutekolem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute řiacutediacuteciacute a kontrolniacute jednotkou pro

provoz trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru UMC100

Motorovyacute kontroleacuter nabiacuteziacute 3 releacuteoveacute vyacutestupy Tyto vyacutestupy jsou připojitelneacute na napětiacute 230V AC s

maximaacutelniacutem proudem 1A Releacuteoveacute vyacutestupy sloužiacute zejmeacutena pro připojeniacute budiacuteciacutech ciacutevek stykačů

Hlavniacute vstupy jsou tvořeny seacuteriiacute svorek jež je umiacutestěnaacute ve spodniacute čaacutesti kontroleacuteru Svorky nesou

označeniacute (DI0 DI1 hellip DI5) Tyto digitaacutelniacute vstupy pracujiacute s napětiacutem 24V DC a sloužiacute pro

připojeniacute ovlaacutedaciacutech tlačiacutetek jako start motoru stop motoru reverzaci rozběh hvězda-trojuacutehelniacutek

nebo např použitiacute vstupu pro koncovyacute spiacutenač pro připojeniacute pomocnyacutech kontaktů stykačů či

funkci aktuaacutetor kdy je ovlaacutedaacuten pohon ventilu Vše podle nastaveniacute uživatele a pracovniacuteho

procesu Vedle hlavniacutech vstupniacutech kontaktů se nachaacuteziacute takeacute jeden vyacutestupniacute s označeniacutem (DO3)

Tento digitaacutelniacute vyacutestup lze využiacutet k připojeniacute 24V DC signalizačniacute kontrolky pro chybovaacute hlaacutešeniacute

modulu UMC100 nabiacuteziacute integrovanyacute vstup pro připojeniacute PTC termistoru Diacuteky PTC jsme

schopni hliacutedat teplotu statoroveacuteho vinutiacute a předejiacutet tiacutem zaacutevažneacutemu poškozeniacute motoru

Hlavniacute obvod

Měřeniacute proudu faacutezovyacutemi vodiči je řešeno pomociacute 3 průvlečnyacutech ok integrovanyacutech v modulu

Tato průvlečnaacute oka jsou měřiacuteciacutemi transformaacutetory proudu navinutyacutemi na toroidniacutem jaacutedře Diacuteky

těmto transformaacutetorům je kontroleacuter schopnyacute měřit proud v rozsahu 024 až 63A Pro vyššiacute

hodnoty proudů až 850A se použiacutevaacute externiacute proudovyacute transformaacutetor

Možnost rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru

UMC se v průmyslovyacutech aplikaciacutech nejčastěji použiacutevaacute s využitiacutem napěťoveacuteho a rozšiřovaciacuteho

(vstupně-vyacutestupniacuteho) modulu Pro laboratorniacute uacutelohu je použit napěťovyacute modul VI150 a

rozšiřovaciacute modul DX122 jenž jsou připojeny k UMC pomociacute UMCIO-CAB přes svorky

s označeniacutem Ca a Cb

Napěťovyacute modul VI150

K demonstraci kontroleacuteru je použit modul s označeniacutem VI150 Zařiacutezeniacute disponuje konektory pro

připojeniacute faacutezovyacutech vodičů (L1 L2 a L3) a je schopneacute měřit hodnotu sdruženeacuteho napětiacute siacutetě

S naměřenyacutemi hodnotami faacutezoveacuteho proudu pomociacute UMC dostaacutevaacuteme takeacute hodnotu faacutezoveacuteho

posuvu mezi napětiacutem a proudem tedy uacutečiniacuteku cos φ Z těchto naměřenyacutech parametrů vypočiacutetaacute

řiacutediacuteciacute jednotka kontroleacuteru činnyacute přiacutekon Ovšem pro spraacutevnou detekci napětiacute je nutneacute dodržet

zapojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 51

Vstupně-vyacutestupniacute modul DX122

Modul umožňuje rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru o dalšiacutech 8 digitaacutelniacutech vstupů na napětiacute 110-230V AC 4

releacuteoveacute vyacutestupy a 1 analogovyacute vyacutestup Pomociacute programu ABB Asset Vision Basic je možneacute

přiacutemeacute přiřazeniacute parametrů a programovaacuteniacute UMC100 a takeacute všech zařiacutezeniacute kteraacute jsou vybavena

DTM (Device Type Manager)- naacutestroj pro konfiguraci a spraacutevu zařiacutezeniacute

Komunikačniacute modul MTQ22

O komunikaci mezi UMC a PC se staraacute modul MTQ22 V software vytvořeneacutem pomociacute

vyacutevojoveacuteho prostřediacute LabVIEW lze sledovat aktuaacutelniacute měřeneacute veličiny zobrazenaacute varovaacuteniacute

poruchovyacutech stavů informace o stavu vstupů a vyacutestupů apod

Napaacutejeciacute zdroj

Napaacutejeniacute modulů zajišťuje zdroj CP-D 2413A s regulaciacute vyacutestupniacuteho napětiacute Regulace je možnaacute

v rozpětiacute 24-28V DC Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute zdroje je umožněna z důvodu požadavku

přesneacuteho napětiacute 24V DC Vlivem zatiacuteženiacute (napaacutejeniacute UMC VI a DX) vyacutestupniacute napětiacute zdroje klesaacute

podle zatěžovaciacute charakteristiky přiacuteslušneacuteho zdroje CP-D sloužiacute takeacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacutech

vstupů UMC

Ochranneacute funkce

UMC nenabiacuteziacute pouze možnost měřeniacute faacutezoveacuteho proudu ale takeacute řadu ochran při poruchovyacutech

stavech provozu Nejčastěji v praxi využiacutevanaacute ochrana je ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute kteraacute

je doprovaacutezena varovnou signalizaciacute nastaacutevajiacuteciacute poruchy

Ochrana motoru při proudoveacutem podtiacuteženiacute pracuje na obdobneacutem principu jako předchoziacute ochrana

Kontroleacuter monitoruje hladinu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu Při jeho poklesu pod nastavenou

uacuteroveň maximaacutelniacuteho dovoleneacuteho poklesu (udaacutevaneacute relativně v k jmenoviteacutemu In) dochaacuteziacute k

signalizaci chyby a odpojeniacute motoru od siacutetě

PTC ochrana spočiacutevaacute v hliacutedaacuteniacute teploty statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru pomociacute PTC

termistoru V našem přiacutepadě je použito lineaacuterniacuteho potenciometru kdy se zvyšujiacuteciacutem se odporem

potenciometru simulujeme zvyšujiacuteciacute se teplotu statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru

Při ztraacutetě některeacute napaacutejeciacute faacuteze motoru dochaacuteziacute k okamžiteacutemu blokovaacuteniacute startu motoru

Ochrana sledu faacuteziacute zajistiacute spraacutevneacute zapojeniacute vodičů L1 L2 a L3 ktereacute je slučitelneacute s nastaveniacutem v

UMC

Vlivem přerušovaneacuteho provozu např S3 kdy nedochaacuteziacute v době klidu a odpojeniacute motoru k

poklesu teploty na teplotu okoliacute může vybavit Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute - Thermal

Overload Protection (TOL)

Zablokovaniacute rotoru byacutevaacute způsobeno přiacuteliš vysokyacutem zaacutetěžnyacutem momentem Mz na hřiacutedeli motoru

nebo mechanickou poruchou Kontroleacuter je při startu schopen detekovat tento stav

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 52

62 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute uacutelohy a scheacutema zapojeniacute panelu

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 53

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 54

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha

Štiacutetek použiteacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 64 Štiacutetek motoru

63 Popis scheacutematu zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

Na vstupniacute svorky s označeniacutem VSTUP (L1 L2 L3 N PE) jsou přivedeny přiacuteslušneacute vodiče

z pracovniacuteho stolu Hlavniacute 16A jistič s vypiacutenaciacute charakteristikou typu C sloužiacute pro jištěniacute siloveacute

čaacutesti obvodu Pro jištěniacute napaacutejeciacuteho zdroje CP-D sloužiacute tavnaacute pojistka 2T250V Napěťoveacute

vstupy na modul VI150 jsou jištěny tavnou pojistkou F125250V Posuvnyacute potenciometr

umiacutestěnyacute na faacutezoveacutem vodiči L1 sloužiacute k demonstraci ochrany při faacutezoveacute nesymetrii

Komunikačniacute modul MTQ22 zajišťuje komunikaci mezi UMC a PC kdy prostřednictviacutem

Ethernetoveacute siacutetě jsme schopni čiacutest měřeneacute veličiny

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 55

64 Pracovniacute postup

1 Seznamte se s kontroleacuterem UMC100 a ostatniacutemi komponenty použityacutemi pro laboratorniacute

uacutelohu a se scheacutematem zapojeniacute uacutelohy

2 Připojte elektromotor a vstupniacute svorky na přiacuteslušneacute zdiacuteřky Před připojeniacutem vyacutekonoveacuteho

potenciometru ověřte měřeniacutem jeho minimaacutelniacute a maximaacutelniacute hodnotu odporu a

poznamenejte si je

3 Připojte potenciometr na určeneacute zdiacuteřky označeneacute čiacutesly 1 a 2 a nastavte hodnotu odporu

4 Po kontrole zapojeniacute vyučujiacuteciacutem zapněte pracoviště a nastavte autotransformaacutetor na 100

vyacutestupniacuteho napětiacute Zapněte hlavniacute jistič Kontrola a nastaveniacute komunikace mezi UMC

DX a VI

Nastaveniacute Komunikace se provede přes LCD displej naacutesledujiacuteciacutem způsobem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on

5 Stiskem tlačiacutetka VPŘED nebo VZAD na panelu uvedeme motor do chodu Pro přechod

z jednoho směru do druheacuteho je nutneacute nejprve zastavit motor tlačiacutetkem STOP Při

zastaveniacute je kontroleacuterem motor blokovaacuten po dobu 3s před dalšiacutem spuštěniacutem z důvodu

doběhu motoru Pohybem tlačiacutetek nahoru dolů pomociacute LCD v hlavniacute nabiacutedce - UMC -

můžeme sledovat aktuaacutelniacute proud motoru sdruženeacute napětiacute odebiacuteranyacute přiacutekon ze siacutetě

uacutečiniacutekhellip

6 Při provaacuteděniacute uacutelohy na brzdě (dynamometru) ověřte funkci ochrany při zablokovaacuteniacute

rotoru funkci ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a proudoveacutem přetiacuteženiacute

7 Při vybaveniacute každeacute z ochran zaznamenejte hodnotu kdy vypnula Před novyacutem startem je

důležiteacute přečiacutest zaacuteznam důvodu poruchy a proveacutest reset na panelu UMC100-PAN jinak je

START blokovaacuten

65 Měřeniacute

OCHRANA PŘED PŘEHŘAacuteTIacuteM MOTORU

Potenciometrem označenyacutem PTC je zvyšovaacutena hodnotu odporu do okamžiku kdy dojde

k odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě zapůsobeniacutem PTC ochrany Hodnota odporu potenciometru

při vybaveniacute ochrany je určena měřeniacutem na 341kΩ Odpoviacutedajiacuteciacute hodnotu teploty motoru

odečteme z grafu a hodnoty odporu potenciometru při vypnutiacute

Do tabulky zapište změřenou hodnotu odporu potenciometru při vypnutiacute Při teacuteto hodnotě odporu

odečtěte teplotu motoru z grafu Ziacuteskanou teplotu porovnejte s vypočtenou teplotou motoru

Tabulka naměřenyacutech a vypočtenyacutech hodnot

R ϑg R0 ϑ

[Ω] [degC] [Ω] [degC]

3410 136 1320 13626

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 56

Vyacutepočet vychaacuteziacute ze vztahu pro zaacutevislost elektrickeacuteho odporu vodiče na teplotě

(651)

kde

(652)

Po uacutepravě pak

α - teplotniacute součinitel elektrickeacuteho odporu (K-1

) (α = 001162 K-1

)

R0 - odpor potenciometru v zaacutekladniacute poloze

R - odpor potenciometru při vybaveniacute ochrany

ϑg - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute odečtenaacute z grafu

ϑ - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute ndash vypočtenaacute

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

R [

Ω]

ϑ [degC]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 57

Vinutiacute motoru je izolovaacuteno izolaciacute třiacutedy F (155)

Třiacuteda izolace A E B F H

Okolniacute teplota [degC] 40 40 40 40 40

Povolenyacute naacuterůst teploty [degC] 60 75 80 105 125

Teplotniacute rezerva 5 5 10 10 15

Konečnaacute teplota 105 120 130 155 180

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru [12]

OCHRANA PŘED NESPRAacuteVNYacuteM SLEDEM FAacuteZIacute

Nedodrženiacutem sledu napaacutejeciacutech faacutezovyacutech vodičů (zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů svorek L2 a L3)

jak je nastaveno v UMC provaacutediacute napěťovyacute modul blokaci startu motoru V tomto přiacutepadě

vybavuje neprodleně ochrana sledu faacuteziacute ndashPhase sequence Funkci zaznamenejte do protokolu

OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII

Zvyšovaacuteniacutem odporu vyacutekonoveacuteho potenciometru zapojeneacuteho ve faacutezi L1 (viz scheacutema zapojeniacute

uacutelohy) dochaacuteziacute k simulaci faacutezoveacute nesymetrie siacutetě Motor je odpojen v okamžiku kdy poklesne

hodnota sdruženeacuteho napětiacute mezi faacutezemi L3 a L1 přibližně na hodnotu Us = 380V Velikost

odporu při vybaveniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii činiacute 101Ω Hodnotu nesymetrie zaznamenejte

do protokolu

OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE

Ztraacuteta faacuteze se realizuje pomociacute spiacutenače v pracovniacutem stole kdy odpojiacuteme napaacutejeciacute faacutezi Změřte

čas od odpojeniacute faacuteze L2 do vybaveniacute ochrany při ztraacutetě faacuteze a poznamenejte do protokolu

66 Demonstrace ochran při použitiacute dynamometru

OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU

K testu ochrany při zablokovaacuteniacute rotoru posloužiacute dynamometr jehož hřiacutedel je spojenaacute se hřiacutedeliacute

asynchronniacuteho motoru pomociacute spojky Hřiacutedel dynamometru je poteacute mechanicky zablokovaacutena

Stiskem přiacuteslušneacuteho tlačiacutetka je proveden start motoru a sledovaacuten proud při odpojeniacute motoru od

siacutetě a čas odpojeniacute Proud při vybaveniacute ochrany při mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru dosaacutehl

hodnoty 1978A což odpoviacutedaacute 582In

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute ndash (High current protection)

Pro simulaci proudoveacuteho přetiacuteženiacute maacuteme nastavenou hodnotu odebiacuteraneacuteho proudu na 130 pro

odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě Snižovaacuteniacutem jmenovityacutech otaacuteček motoru pomociacute dynamometru

(bržděniacutem tzn n rarr 0) dochaacuteziacute k naacuterůstu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu I Odpojeniacute nastalo při

odebiacuteraneacutem proudu 447A Nastaveneacute hodnotě (13In ) naacuteležiacute proud 442A Tiacutem lze konstatovat

že vyacutesledek měřeniacute je srovnatelnyacute s hodnotami uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute

Stav proudoveacuteho podtiacuteženiacute nedostatečneacuteho proudoveacuteho zatiacuteženiacute použiacutevanyacute zejmeacutena u čerpadel

je simulovaacuten pomociacute dynamometru kdy je nastavenaacute hodnota poklesu aktuaacutelniacuteho proudu na

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 58

085In a čas odpojeniacute od siacutetě na 10s Po roztočeniacute a zatiacuteženiacute motoru na hodnotu jmenoviteacuteho

proudu jsou pomociacute dynamometru zvyšovaacuteny otaacutečky motoru n Tento proces maacute za naacutesledek

snižovaacuteniacute aktuaacutelniacuteho proteacutekaneacuteho proudu I kdy motor ztraacuteciacute zatiacuteženiacute Nastaveneacute hodnotě

podtiacuteženiacute odpoviacutedaacute aktuaacutelniacute proud 289A Při dosaženiacute teacuteto uacuterovně je spuštěn odpočet a motor za

10s odpojen

67 Vyhodnoceniacute a zaacutevěr

Vyacutesledkem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute technologiiacute pro diagnostiku

veličin při chodu trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru Při demonstračniacute simulaci ochran byly

dosaženy naacutesledujiacuteciacute vyacutesledky PTC ochrana vybavuje při hodnotě odporu 341kΩ Tato hodnota

odpoviacutedaacute teplotě ϑg = 136degC odečteneacute z grafu Vypočtenaacute teplota ϑ = 13626degC Vyacuterobce uvaacutediacute

zapůsobeniacute ochrany při hodnotě odporu v rozsahu 34-38kΩ Zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů L2 a

L3 proběhla okamžitaacute blokace spuštěniacute motoru Faacutezovaacute nesymetrie vybavila při poklesu napětiacute o

5 Ztraacutetou napaacutejeciacute faacuteze proběhlo odpojeniacute motoru v čase t = 15s Čas odpojeniacute odpoviacutedaacute třiacutedě

přetiacuteženiacute 5E kteraacute je nastavena

Při testu za použitiacute dynamometru bylo zjištěno že při zablokovaneacutem rotoru motoru zapůsobil

kontroleacuter při nastaveneacutem přetiacuteženiacute 3In Teacuteto hodnotě naacuteležiacute proud 102A Jelikož je nastavena

třiacuteda přetiacuteženiacute 5E ktereacute naacuteležiacute interval 15s a poteacute odpojeniacute motoru tak během tohoto okamžiku

vzrostla hodnota proudu na 1978A což odpoviacutedaacute 582In Při proudoveacutem přetiacuteženiacute odpoviacutedaly

vyacutesledky měřeniacute nastaveneacute hodnotě přetiacuteženiacute 13In Ve stavu proudoveacuteho podtiacuteženiacute zapůsobila

ochrana spraacutevně dle nastaveneacuteho poklesu proudu na 085In

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 5: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

Bibliografickaacute citace

JANAacuteČEK M Školiacuteciacute přiacutepravek pro motorovyacute kontroleacuter UMC100 Brno Vysokeacute učeniacute

technickeacute v Brně Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute 2014 63 s Vedouciacute

bakalaacuteřskeacute praacutece Ing Petr Dohnal PhD

Prohlaacutešeniacute

Prohlašuji že svou bakalaacuteřskou praacuteci na teacutema Školiacuteciacute přiacutepravek pro motorovyacute kontroleacuter

UMC100 jsem vypracoval samostatně pod vedeniacutem vedouciacuteho bakalaacuteřskeacute praacutece a s použitiacutem

odborneacute literatury a dalšiacutech informačniacutech zdrojů ktereacute jsou všechny citovaacuteny v praacuteci a uvedeny

v seznamu literatury na konci praacutece

Jako autor uvedeneacute bakalaacuteřskeacute praacutece daacutele prohlašuji že v souvislosti s vytvořeniacutem teacuteto

bakalaacuteřskeacute praacutece jsem neporušil autorskaacute praacuteva třetiacutech osob zejmeacutena jsem nezasaacutehl

nedovolenyacutem způsobem do ciziacutech autorskyacutech praacutev osobnostniacutech a jsem si plně vědom naacutesledků

porušeniacute ustanoveniacute sect 11 a naacutesledujiacuteciacutech autorskeacuteho zaacutekona č 1212000 Sb včetně možnyacutech

trestněpraacutevniacutech důsledků vyplyacutevajiacuteciacutech z ustanoveniacute sect 152 trestniacuteho zaacutekona č 1401961 Sb

V Brně dne helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Podpis autora helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Poděkovaacuteniacute

Děkuji vedouciacutemu bakalaacuteřskeacute praacutece Ing Petru Dohnalovi PhD za uacutečinnou metodickou

pedagogickou a odbornou pomoc a dalšiacute cenneacute rady při zpracovaacuteniacute meacute bakalaacuteřskeacute praacutece Dalšiacute

poděkovaacuteniacute směřuji k Ing Rostislavu Huzliacutekovi za odbornou pomoc při řešeniacute v oblasti

elektrickyacutech pohonů a Ing Vladimiacuteru Horychovi ze společnosti ABB sro za poskytnuteacute

podklady a odborneacute rady

V Brně dne helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Podpis autora helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 7

OBSAH

SEZNAM OBRAacuteZKŮ 9

SEZNAM TABULEK 11

SEZNAM SYMBOLŮ A ZKRATEK 12

UacuteVOD 14

MOTOROVYacute KONTROLEacuteR 15 1

11 UNIVERZAacuteLNIacute MOTOROVYacute KONTROLEacuteR UMC100-FBP 15

12 INSTALACE 16

TECHNICKEacute VYBAVENIacute UMC100-FBP 17 2

21 KOMPAKTNIacute ZAacuteKLADNIacute JEDNOTKA 17

211 STAVEBNIacute BLOKY 18

22 OVLAacuteDACIacute PANEL UMC100-PAN 19

23 NAPĚŤOVYacute A ROZŠIŘOVACIacute MODUL 20

231 NASTAVENIacute KOMUNIKACE 20

232 VI15X- FBP 20

233 DX111-FBP 22

234 DX122-FBP 22

24 PROUDOVYacute MĚŘIacuteCIacute TRANSFORMAacuteTOR 24

241 EXTERNIacute PROUDOVYacute TRANSFORMAacuteTOR CTS 25

25 MONITOROVACIacute ZAŘIacuteZENIacute ZEMNIacuteHO SPOJENIacute CEM11-FBP 28

26 NAPAacuteJECIacute ZDROJ 29

27 KOMUNIKAČNIacute MODUL MTQ22-FBP 30

OCHRANNEacute FUNKCE 31 3

31 OCHRANA PŘI TEPELNEacuteM PŘETIacuteŽENIacute 31

311 URČENIacute TEPLOTY VINUTIacute A VYPIacuteNACIacute TŘIacuteDY 32

32 OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU 34

33 OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute 35

34 OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute 35

341 ČINNYacute PŘIacuteKON A UacuteČINIacuteK 37

35 OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII 39

36 OCHRANA SLEDU FAacuteZIacute 39

37 OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE 39

38 PTC OCHRANA 39

381 TERMISTOR 39

382 PRINCIP PTC OCHRANY V UMC 40

39 OCHRANA PŘI ZEMNIacuteM SPOJENIacute 40

DEMONSTRAČNIacute PŘIacutePRAVEK 41 4

41 NAacuteVRH PŘIacutePRAVKU 41

42 SCHEacuteMA ZAPOJENIacute PŘIacutePRAVKU 44

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 8

43 VYacuteSLEDNYacute PŘIacutePRAVEK 45

44 DEMONSTRAČNIacute KUFR PRO ABB 46

SIMULACE OCHRAN 48 5

51 OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII 48

52 OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE 48

53 OCHRANA SLEDU FAacuteZIacute 48

54 PTC OCHRANA 48

LABORATORNIacute UacuteLOHA 50 6

61 UNIVERZAacuteLNIacute MOTOROVYacute KONTROLEacuteR UMC100 50

62 BLOKOVEacute SCHEacuteMA ZAPOJENIacute UacuteLOHY A SCHEacuteMA ZAPOJENIacute PANELU 52

63 POPIS SCHEacuteMATU ZAPOJENIacute LABORATORNIacute UacuteLOHY 54

64 PRACOVNIacute POSTUP 55

65 MĚŘENIacute 55

66 DEMONSTRACE OCHRAN PŘI POUŽITIacute DYNAMOMETRU 57

67 VYHODNOCENIacute A ZAacuteVĚR 58

ZAacuteVĚR 59 7

LITERATURA 60

PŘIacuteLOHY 61

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 9

SEZNAM OBRAacuteZKŮ Obr 11 Instalace UMC100-FBP na DIN lištu 16

Obr 21 Vnějšiacute popis UMC100-FBP a s připojenyacutem UMC100-PAN 17

Obr 22 Zaacutekladniacute blokoveacute scheacutema UMC100-FBP a tok dat mezi hlavniacutemi čaacutestmi zařiacutezeniacute 18

Obr 23 Popis UMC100-PAN 19

Obr 24 Struktura napěťoveacuteho modulu VI150 21

Obr 25 Vnějšiacute popis modulu VI150 pro UMC100-FBP 21

Obr 26 Vnějšiacute popis IO modulu DX122-FBP pro UMC100-FBP 23

Obr 27 Magnetizačniacute charakteristika feromagnetickeacuteho materiaacutelu 24

Obr 28 Měřiacuteciacute transformaacutetor proudu 24

Obr 29 Konstrukce CT4L185R4 a CT4L310R4 26

Obr 210 Konstrukce CT5L500R4 a CT5L850R4 26

Obr 211 UMC100-FBP s CT a VI150 26

Obr 212 Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů proudu 27

Obr 213 Zapojeniacute CEM11-FBP do obvodu 28

Obr 214 Zatěžovaciacute charakteristika zdroje CP-D 2413 29

Obr 215 Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A 29

Obr 216 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP 30

Obr 31 Vypiacutenaciacute třiacutedy pro UMC100-FBP 33

Obr 32 Obvodovyacute model asynchronniacuteho motoru pro jednu faacutezi statoroveacuteho vinutiacute ndash nakraacutetko 34

Obr 33 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu přetiacuteženiacute 35

Obr 34 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute 36

Obr 35 Blokoveacute scheacutema ochrany proti proudoveacutemu podtiacuteženiacute 37

Obr 36 Charakteristiky asynchronniacuteho motoru při zatiacuteženiacute 38

Obr 37 Graf zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti P2 38

Obr 38 Zaacutevislost odporu termistoru na teplotě 40

Obr 41 Nosnaacute konstrukce 41

Obr 42 Naacutevrh plechu panelu 42

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent 43

Obr 44 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho přiacutepravku 44

Obr 45 Demonstračniacute přiacutepravek 45

Obr 46 Zadniacute pohled 45

Obr 47 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho kufru 47

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 10

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany 49

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu 49

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy 52

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu 53

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha 54

Obr 64 Štiacutetek motoru 54

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru 56

Obr 01 Plech 61

Obr 02 Kryciacute panel kurfu 62

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 63

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 11

SEZNAM TABULEK Tab 21 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX111-FBP 22

Tab 22 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX122-FBP 22

Tab 23 Typy externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů s měřenyacutem rozsahem proudu 25

Tab 24 Rozměry vyraacuteběnyacutech CEM11-FBPs udaacutevanyacutemi hodnotami svodovyacutech proudů 28

Tab 31 Ochranneacute funkce 31

Tab 32 Třiacutedy přetiacuteženiacute a čas odpojeniacute 31

Tab 33 Princip funkce logickeacuteho hradla AND 37

Tab 41 Seznam použityacutech komponent 41

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty 55

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru 57

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute 63

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 12

SEZNAM SYMBOLŮ A ZKRATEK

Zkratka Symbol Vyacuteznam Jednotka

AC Střiacutedavyacute proud (napětiacute) [A (V)]

B Magnetickaacute indukce [T]

cos φ Uacutečiniacutek [-]

DC Stejnosměrnyacute proud (napětiacute) [A (V)]

DTM Device Type Manager

FBP FieldBusPlug

H Intenzita magnetickeacuteho pole [Am]

I Aktuaacutelniacute hodnota proudu [A]

I1z Zaacuteběrnyacute proud [A]

If Procentuaacutelniacute poměr proudu []

Imax Maximaacutelniacute hodnota proudu [A]

Imin Minimaacutelniacute hodnota proudu [A]

In Jmenovityacute proud [A]

Iodp Hodnota proudu při odpojeniacute []

Ivar Varovnaacute hodnota proudu []

Ix Konec startu motoru []

Mz Zatěžovaciacute moment [Nm]

n Otaacutečky motoru [otmin]

nn Jmenoviteacute otaacutečky [otmin]

P Činnyacute vyacutekon [W]

P1 Činnyacute přiacutekon [W]

P2 Mechanickyacute vyacutekon na hřiacutedeli [W]

Pn Jmenovityacute vyacutekon [W]

Q1 Jalovyacute přiacutekon [var]

R Elektrickyacute odpor [Ω]

Rlsquo2s Celkovyacute činnyacute odpor rotoru [Ω]

R1 Odpor statoroveacuteho vinutiacute [Ω]

RFe Činnyacute odpor magnetickeacuteho obvodu [Ω]

s Skluz [-]

to Doba rozběhu [s]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 13

todp Zpožděniacute odpojeniacute [s]

TOL Thermal Overload Protection

TTC Time To Cool [s]

TTT Time To Trip [s]

tvar Zpožděniacute varovaacuteniacute [s]

U1 Vstupniacute napětiacute [V]

UMC Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter

Un Jmenoviteacute napětiacute [V]

Xrsquor20 Reaktance zabržděneacuteho rotoru [Ω]

Xm Reaktance magnetickeacuteho obvodu [Ω]

Xr1 Reaktance statoroveacuteho vinutiacute [Ω]

Φ Magnetickyacute tok [Wb]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 14

UacuteVOD

Bakalaacuteřskaacute praacutece je založena na naacutevrhu a vyacuterobě demonstračniacuteho přiacutepravku pro motorovyacute

kontroleacuter UMC100-FBP Tento přiacutepravek posloužiacute pro laboratorniacute uacutelohu v předmětu Elektrickeacute

přiacutestroje a takeacute jako prezentačniacute aparaacutet UMC100-FBP a rozšiřovaciacutech modulů pro společnost

ABB sro Finaacutelniacute zařiacutezeniacute je realizovaacuteno pro chod ochranu a diagnostiku trojfaacutezoveacuteho

asynchronniacuteho motoru Praacutece je rozdělena do několika hlavniacutech čaacutestiacute Nejprve je přibliacuteženo

UMC100-FBP Tato čaacutest všeobecně sloužiacute pro seznaacutemeniacute se s motorovyacutem kontroleacuterem jeho

zevnějškem a možnostmi Praacutece je daacutele rozšiacuteřena o přiacutedavneacute rozšiřovaciacute moduly ktereacute lze v praxi

použiacutet společně s UMC100-FBP Uvedeny jsou i informace o připojitelneacutem ovlaacutedaciacutem LCD

panelu UMC100-PAN Kapitola č3 přibliacutežiacute ochranneacute funkce nabiacutezeneacute kontroleacuterem V dalšiacute čaacutesti

je obsažen naacutevrh aparatury pro demonstraci UMC100 a jeho funkciacute podrobneacute scheacutema zapojeniacute

tohoto přiacutepravku a samotnou laboratorniacute uacutelohu na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter

UMC100

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 15

MOTOROVYacute KONTROLEacuteR 1

Efektivniacute využiacutevaacuteniacute energie v průmyslu je důležiteacute Z praxe bylo zjištěno že viacutece jak 40

elektrickeacute energie vyrobeneacute na zemi je spotřebovaacutevaacuteno praacutevě v průmyslovyacutech odvětviacutech a z toho

až 65 je spotřebovaacutevaacuteno elektrickyacutemi motory Jak již samotnyacute naacutezev napoviacutedaacute jednaacute se o

zařiacutezeniacute určeneacute předevšiacutem pro hliacutedaacuteniacute chodu asynchronniacuteho motoru Hlavniacute funkciacute motoroveacuteho

kontroleacuteru je diagnostika veličin se kteryacutemi motor pracuje Vyacutesledkem operace byacutevaacute sled

informaciacute ktereacute jsou předaacutevaacuteny obsluze nebo dispečinku Data o zkoumaneacutem motoru je možneacute

ziacuteskat buď formou integrovaneacuteho popř připojitelneacuteho zobrazovaciacuteho prvku nebo

prostřednictviacutem konektoru kteryacute komunikuje pomociacute datoveacute sběrnice s počiacutetačem V obou

přiacutepadech jsou obsluze poskytovaacutena rozsaacutehlaacute provozniacute servisniacute a diagnostickaacute data motoru

Takto ziacuteskaneacute informace umožňujiacute obsluze odhalovat chyby omezit je nebo jim dokonce

v budoucnu zabraacutenit a tiacutem i předejiacutet možneacutemu poškozeniacute motoru resp neplaacutenovaneacutemu vyacutepadku

vyacuteroby[13]

11 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP

Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP (daacutele jen UMC100) společnosti ABB sro je

zařiacutezeniacute použiacutevaneacute pro řiacutezeniacute ochranu a sledovaacuteniacute chodu trojfaacutezovyacutech asynchronniacutech motorů

UMC100-FBP je naacutestupcem staršiacuteho modelu řiacutediacuteciacute jednotky UMC22-FBP kteraacute se ve světě

využiacutevaacute v mnoha projektech Nejčastějšiacute průmyslovaacute odvětviacute použiacutevajiacuteciacute UMC22 i UMC100 jsou

např

rafinerie

technickeacute vybaveniacute elektraacuteren

těžba nerostnyacutech surovin

chemickyacute průmysl

papiacuterny

ocelaacuterny

potravinaacuteřstviacute a vyacuteroba naacutepojů

Jako naacutestupce staršiacuteho typu kontroleacuteru se použiacutevaacute již zmiacuteněnaacute UMC100 kteraacute od ochrany a

řiacutezeniacute motoru nabiacuteziacute i detekci vyacutepadku napaacutejeciacute faacuteze motoru nastavitelnou ochranu během

rozběhu nebo normaacutelniacutem provozu a mnoho dalšiacutech funkciacute ktereacute budou daacutele zmiacuteněny Použitiacute

UMC100 je diacuteky sveacute velikosti programovatelnosti a integrovaneacutemu měřiacuteciacutemu systeacutemu vhodneacute

pro modernizaci zastaralyacutech rozvaacuteděčů v již zaběhlyacutech provozech

Oficiaacutelniacute naacutezev kontroleacuteru obsahuje přiacuteponu FBP UMC100 je vybaven komunikačniacutem

rozhraniacutem pro připojeniacute do různyacutech průmyslovyacutech sběrnic siacutetiacute jako je PROFIBUS DP

DeviceNet MODBUS a CANopen To vše pomociacute skupiny produktů FieldBusPlug UMC100 je

takeacute ovšem možneacute použiacutet jako samostatneacute zařiacutezeniacute bez připojeniacute řiacutediacuteciacute sběrnice Změřeneacute

veličiny při chodu motoru (napětiacute proudhellip) jsou zpracovaacutevaacuteny v řiacutediciacutem systeacutemu samotneacuteho

kontroleacuteru kde jsou okamžitě vyhodnocovaacuteny Tato schopnost pomaacutehaacute k rychleacute detekci poruchy

a k zajištěniacute dopadů na ostatniacute zařiacutezeniacute v diagnostikovaneacute soustavě Daacutele napomaacutehaacute k řešeniacute

vhodnyacutech opatřeniacute pro přiacutepad dalšiacutech negativniacutech jevů a přiacutepadnyacutech vaacutežnyacutech poruch

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 16

12 Instalace

Samotnyacute koncept uzpůsobenyacute pro tyto aplikace naacutem zapřiacutečiňuje zkraacuteceniacute uacutesiliacute a naacutemahy při

zdlouhaveacutem vodičoveacutem propojeniacute v rozvaacuteděči jelikož veškereacute požadovaneacute ochranneacute

monitorovaciacute a řiacutediacuteciacute funkce jsou integrovaacuteny do jedineacuteho modulaacuterniacuteho zařiacutezeniacute UMC100 je

možneacute diacuteky kompaktniacutemu provedeniacute veškeryacutech jeho komponent jednoduše umiacutestit do stiacutesněnyacutech

prostor vyacutesuvnyacutech rozvaacuteděčů nebo do již použiacutevanyacutech staršiacutech zařiacutezeniacute Jednaacute se o zařiacutezeniacute a

provozy kteraacute prochaacuteziacute modernizaciacute a vyžadujiacute použitiacute noveacute technologie provozu a obohaceniacute o

noveacute způsoby řiacutezeniacute a ochran motorů od zastaralyacutech a vysloužilyacutech elektromagnetickyacutech releacute

Moderniacute motoroveacute kontroleacutery se ovšem nepoužiacutevajiacute pouze pro renovace a modernizace staršiacutech

provozů ale je samozřejmostiacute že noveacute společnosti s vysokyacutem počtem až tisiacutecem motorů saacutehnou

po technologicky vyspěleacutem ochranneacutem a monitorovaciacutem zařiacutezeniacute pro trojfaacutezoveacute asynchronniacute

motory

Montaacutež zařiacutezeniacute do rozvaacuteděče je velice jednoduchaacute Postačiacute pouze všeobecně použiacutevanaacute DIN

lišta (EN50022-35) na kterou se kontroleacuter zasadiacute nebo je možneacute upevněniacute 4 šrouby M4

Demonstrativniacute zasazeniacute na DIN lištu je předvedeno na Obr 11

Obr 11 Instalace UMC100-FBP na DIN lištu[1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 17

TECHNICKEacute VYBAVENIacute UMC100-FBP 2

21 Kompaktniacute zaacutekladniacute jednotka

Zaacutekladniacute jednotka kontroleacuteru obsahuje nejdůležitějšiacute čaacutesti jako je integrovanyacute měřiciacute systeacutem

a 2 seacuterie svorek Tyto svorky tvořiacute vstupy a vyacutestupy kontroleacuteru Jsou tvořeny 6 digitaacutelniacutemi vstupy

24V DC (spodniacute svorky) 1 integrovanyacute vstupem pro připojeniacute PTC termistoru a 4 vyacutestupy (horniacute

svorky) Tyto vyacutestupy tvořiacute 3 vyacutestupniacute releacute a 1 digitaacutelniacute tranzistorovyacute vyacutestup UMC100 takeacute

disponuje třemi LED pro signalizaci stavu technickeacuteho vybaveniacute Umožňuje tedy provoz bez

použitiacute sběrnicoveacuteho systeacutemu a daacutelkoveacute přiřazeniacute parametrů přes řiacutediciacute systeacutem Na Obr 21 je

patrneacute použitiacute konektoru M12

[2]

Obr 21 Vnějšiacute popis UMC100-FBP a s připojenyacutem UMC100-PAN

1 upevňovaciacute očka pro montaacutež 4 šrouby M4 Očka je možneacute odlomit pokud bude zařiacutezeniacute

připevněno na DIN lištu

2 konektory pro připojeniacute odporoveacuteho PTC sniacutemače

3 připojovaciacute svorky pro komunikaci s IO moduly

4 zaacutestrčka M12 pro připojeniacute konektoru FieldBusPlug

5 3 stavoveacute LED kontrolky

zelenaacute ndash motor připraven

žlutaacute ndash motor je v provozu

červenaacute ndash přetiacuteženiacute nebo porucha motoru (hlaacutešeniacute chyby)

6 připojovaciacute svorky pro releacuteoveacute vyacutestupy

(šrouby nepoužiacutevanyacutech svorek musiacute byacutet dotaženy pro zajištěniacute ochrany proti naacutehodneacutemu

vyšroubovaacuteniacute a naacutesledneacutemu kontaktu)

7 konektor pro připojeniacute ovlaacutedaciacuteho LCD panelu Control Panel UMC100-PAN

8 prvniacute dvě svorky sloužiacute pro napaacutejeciacute napětiacute 24V DC 24VDC vyacutestup a DI0 až DI0 jsou

připojovaciacute svorky pro digitaacutelniacute vyacutestupy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 18

9 znaacutezorněnaacute draacuteha proudu pro napaacutejeniacute motoru vodiči o průměru až 11mm což odpoviacutedaacute

průřezu vodiče až 25mm2

211 Stavebniacute bloky

Naacutesledujiacuteciacute scheacutema demonstruje hlavniacute funkčniacute bloky UMC100 a tok dat mezi nimi Obr 22

Hlavniacute blok (Protection) obsahuje prvky souvisejiacuteciacute s ochrannyacutemi prvky Motorovaacute ochrana maacute

vždy vyššiacute prioritu než spiacutenaacuteniacute releacuteovyacutech vyacutestupů Ochrana působiacute přiacutemo na vyacutestup releacute a může

motor zastavit Pokud selže některaacute čaacutest HW zařiacutezeniacute kontrola Hardware Supervision otevře

releacuteoveacute vyacutestupy z bezpečnostniacutech důvodů automaticky Hardware Supervision neniacute možneacute

vyřadit

Měřeniacute proudu poskytuje informace o aktuaacutelniacutem proteacutekajiacuteciacutem proudu motorem kdy zařiacutezeniacute

měřiacute proud v jednotlivyacutech faacuteziacutech a vypočte středniacute hodnotu Naacutestupce původniacuteho kontroleacuteru

UMC22 použiacutevaacute aktuaacutelniacute informace o proudu a takeacute počiacutetaacute odpoviacutedajiacuteciacute teplotu motoru pomociacute

tepelneacuteho modelu Na určiteacute definovaneacute uacuterovni skutečneacute nebo vypočiacutetaneacute teploty dojde k vypnutiacute

motoru z důvodu přetiacuteženiacute

PTC input - tento vstup sloužiacute pro připojeniacute PTC termistoru pro měřeniacute skutečneacute teploty

vinutiacute motoru

Blok (Motor control) obsahuje množstviacute řiacutediacuteciacutech funkciacute Veškereacute přiacutechoziacute přiacutekazy z hlavniacuteho

panelu z digitaacutelniacutech vstupů nebo z FBP rozhraniacute jsou seřazeny a podle nastaveniacute uživatele jsou

poteacute zpracovaacutevaacuteny Blok Starter function řiacutediacute releacuteoveacute vyacutestupy Všechny bloky pracujiacute v logickeacutem

sledu Obvykle majiacute předem definovaneacute aplikace ktereacute budou provaacutedět UMC100 ovšem nabiacuteziacute i

vytvaacuteřeniacute vlastniacutech aplikaciacute [1]

Obr 22 Zaacutekladniacute blokoveacute scheacutema UMC100-FBP a tok dat mezi hlavniacutemi čaacutestmi zařiacutezeniacute [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 19

22 Ovlaacutedaciacute panel UMC100-PAN

UMC100-PAN je LCD panel kteryacutem lze rozšiacuteřit UMC100 o zobrazovaciacute prvek Tento prvek

připojiacuteme na UMC (Obr 21 7 -Konektor pro připojeniacute ovlaacutedaciacuteho LCD panelu Control Panel

UMC100-PAN) Zmiacuteněnyacute typ LCD je možneacute připojit pouze na UMC100 jelikož neniacute

kompatibilniacute se staršiacutem typem UMC22 LCD je předevšiacutem určen pro montaacutež na čelniacutem panelu

nebo na rozvaděči Ovlaacutedaciacute panel sloužiacute k lokaacutelniacutemu zobrazeniacute všech dat Poruchy (errors) a

vyacutestrahy jsou zobrazovaacuteny v nezakoacutedovaneacute podobě Externiacute zaacutevada může byacutet doplněna

individuaacutelniacutem textem např Phase loss Veškereacute parametry je možneacute nastavovat měnit a dle

potřeby chraacutenit přiacutestupovyacutem heslem

Panel sloužiacute pro zobrazeniacute veškeryacutech uacutedajů o obvodu jako např

proud prochaacutezejiacuteciacute motorem (možneacute absolutniacute zobrazeniacute v A nebo relativniacute v )

napětiacute na jednotlivyacutech faacuteziacutech L1-L3 (při použitiacute VI150(5))

aktuaacutelniacute uacutedaje o sepnutyacutech vstupech a vyacutestupech

způsob zapojeniacute motoru-přiacutemyacute chod reverzniacute chodhellip

Při vyacuteskytu přetiacuteženiacute dojde k vybaveniacute ochrany Na LCD je možneacute sledovat časovyacute odpočet

kteryacute zbyacutevaacute do dalšiacuteho možneacuteho uvedeniacute motoru do chodu po vychladnutiacute Po uplynutiacute tohoto

časoveacuteho uacuteseku může byacutet motor opět spuštěn [1]

Obr 23 Popis UMC100-PAN

1 3 stavoveacute LED

zelenaacute ndash zařiacutezeniacute připraveno

žlutaacute ndash zařiacutezeniacute v chodu

červenaacute ndash hlaacutešeniacute poruchy

2 podsviacutecenyacute LCD display

3 vstup do menu ovlaacutedaacuteniacute (Enter Control Menu)

4 vstup do menu nastaveniacute (Enter Configuration Menu)

5 posun nahoru

6 stop motoru

7 posun dolů

8 start motoru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 20

23 Napěťovyacute a rozšiřovaciacute modul

Napěťovyacute VI15x a rozšiřovaciacute (vstupně vyacutestupniacute) modul DX1xx sloužiacute pro možneacute rozšiacuteřeniacute

UMC o dalšiacute vstupy a vyacutestupy v přiacutepadě modulu DX a o měřeniacute napětiacute pomociacute modulu VI

231 Nastaveniacute komunikace

Při použitiacute rozšiřovaciacutech modulů je nejprve nutno pomociacute UMC100-PAN nastavit jejich

připojeniacute Nastaveniacute a uvedeniacute do chodu je provedeno naacutesledujiacuteciacutem způsobem

V hlavniacutem menu (ovlaacutedaacuteniacute pomociacute LCD) vybereme položku IO modules a volbu potvrdiacuteme

přiacuteslušnyacutem tlačiacutetkem Tlačiacutetky Nahoru nebo Dolů vybereme požadovanyacute modul kteryacute chceme

propojit s kontroleacuterem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on [1]

Nastaveniacutem na bdquoonldquo uvedeme moduly do provozu Funkce napěťoveacuteho modulu (VI15x) je

ověřitelnaacute jednoduchyacutem způsobem Pokud nejsou připojeny napaacutejeciacute faacuteze na svorky L1L2 a L3

modulu zařiacutezeniacute hlaacutesiacute chybu z důvodu ochrany při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze [4] [5]

232 VI15x- FBP

VI15x je přiacutedavnyacute napěťovyacute modul sloužiacuteciacute pro měřeniacute sdruženeacuteho popř faacutezoveacuteho napětiacute

motoru Z hodnot proudu měřenyacutech UMC a napětiacute pomociacute VI15x je možno vyhodnotit faacutezovyacute

posuv mezi napětiacutem a proudem Naměřeneacute hodnoty putujiacute skrze komunikačniacute kanaacutel směrem k

UMC100 K propojeniacute s UMC100 sloužiacute piny s označeniacutem Ca a Cb Daacutele modul obsahuje svorky

pro připojeniacute jednotlivyacutech faacutezovyacutech vodičů L1L2 a L3 Pro spraacutevnyacute sled faacuteziacute a jeho detekci musiacute

byacutet dodrženo spraacutevneacute zapojeniacute vzhledem k proudům měřenyacutem v UMC VI150 sloužiacute pro

připojeniacute pouze do uzemněneacute soustavy ( TN-C nebo TN-S) Modul VI155 lze naopak použiacutet jak

pro uzemněneacute soustavy (TN) tak i pro neuzemněneacute (IT) Oba typy sloužiacute k upevněniacute na DIN

lištu [1] [3]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 21

2321 Vnitřniacute struktura VI150-FBP

Obraacutezek přibližuje vnitřniacute strukturu použiteacuteho napěťoveacuteho modulu VI150

Obr 24 Struktura napěťoveacuteho modulu VI150 [3]

Obr 25 Vnějšiacute popis modulu VI150 pro UMC100-FBP

1 konektory pro komunikaci s UMC100 a pro komunikaci s rozšiřovaciacutemi moduly DX111-

FBP a DX122-FBP

2 napěťoveacute vstupy

3 releacuteovyacute vyacutestup

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 22

4 svorky pro připojeniacute napaacutejeciacuteho napětiacute 24VDC

5 3 stavoveacute LED

zelenaacute - zařiacutezeniacute připraveno

žlutaacute - varovaacuteniacute

červenaacute - porucha zařiacutezeniacute

6 popisovyacute štiacutetek

233 DX111-FBP

Modulaacuterniacute zařiacutezeniacute umožňujiacuteciacute rozšiacuteřeniacute UMC100 o dalšiacute pomocneacute vstupy a vyacutestupy

použitelneacute pro různaacute hlaacutešeniacute a vyacutestrahy Digitaacutelniacute vstupy jsou potenciaacuteloveacute s napětiacutem 24V DC

Proto je nutneacute pro ovlaacutedaciacute obvody dodržet napětiacute 24V DC nebo bezpotenciaacuteloveacute kontakty (tj

releacute) připojeneacute ze svorky +24V

Rozšiřovaciacute modul DX111-FBP nabiacuteziacute množstviacute vstupů a vyacutestupů uvedenyacutech v (Tab 21)

Vstupy 8 digitaacutelniacutech vstupů 24V DC

Vyacutestupy 4 releacuteoveacute vyacutestupy

1 analogovyacute vyacutestup

Vstupniacute napětiacute 24V DC

Vstupniacute proud 60 mA

Logickaacute 0 -312hellip+5V DC

helliphelliphelliphellipcv1 +15hellip+312V DC

Tab 21 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX111-FBP [1]

234 DX122-FBP

Multifunkčniacute modul DX122-FBP maacute srovnatelneacute vlastnosti jako předešlaacute DX111 ovšem

rozdiacutel je v tom že DX122 nabiacuteziacute osm digitaacutelniacutech vstupů pro napětiacute 110V až 230V AC

Vstupy 8 digitaacutelniacutech vstupů 110-230V AC

Vyacutestupy 4 releacuteoveacute vyacutestupy

1 analogovyacute vyacutestup

Vstupniacute napětiacute 110V AChellip 240V AC

Vstupniacute proud 60 mA

Logickaacute 0 0hellip 40V AC

helliphelliphelliphelliphellip 1 74hellip 265V AC

Tab 22 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX122-FBP [1]

Pomocnyacute rozšiřovaciacute modul se k UMC100 připojiacute na svorky Ca a Cb patrneacute na (Obr 21)

Připojeniacute lze proveacutest prostou kroucenou dvoulinkou Vzhledem k omezenyacutem prostoraacutem

rozvaacuteděčů kam je UMC100 instalovaacuteno je možneacute připojit rozšiřovaciacute modul odděleně od

kontroleacuteru a to až do vzdaacutelenosti maximaacutelniacute deacutelky 3m [1] [5]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 23

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezek (Obr 26) opět popisuje svorky a monitorovaciacute prvky DX122

Obr 26 Vnějšiacute popis IO modulu DX122-FBP pro UMC100-FBP

1 releacuteoveacute vyacutestupy (čaacutest 1)

2 releacuteoveacute vyacutestupy (čaacutest 2)

3 analogovyacute vyacutestup

4 komunikačniacute port s UMC

5 popisovyacute štiacutetek

6 digitaacutelniacute vstupy (110V AC- 230V AC)

7 3 stavoveacute LED

zelenaacute ndash zařiacutezeniacute v provozu

žlutaacute ndash vyacutestraha

červenaacute ndash porucha modulu

8 svorky pro napaacutejeniacute 24 V DC

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 24

24 Proudovyacute měřiacuteciacute transformaacutetor

Proudoveacute měřiacuteciacute transformaacutetory sloužiacute pro měřeniacute většiacutech hodnot střiacutedavyacutech proudů než je

dovoleno měřiacuteciacutem přiacutestrojem a takeacute ke galvanickeacutemu odděleniacute vedeniacute od měřiacuteciacuteho přiacutestroje

Funkce je založena na principu elektromagnetickeacute indukce Primaacuterniacute vinutiacute je tvořeno silovyacutem

vodičem měřeneacuteho vedeniacute Průchodem proudu primaacuterniacutem vedeniacutem se v magnetickeacutem obvodu

(jaacutedru) vytvaacuteřiacute magnetickyacute tok Φ a na zaacutekladě Faradayova zaacutekona elektromagnetickeacute indukce se

v sekundaacuterniacutem vinutiacute indukuje napětiacute Na sekundaacuterniacute vinutiacute je připojena měřiacuteciacute soustava

Obr 27 Magnetizačniacute charakteristika feromagnetickeacuteho materiaacutelu

Z průběhu magnetizačniacute charakteristiky feromagnetickeacuteho materiaacutelu (zaacutevislosti magnetickeacute

indukce na intenzitě magnetickeacuteho pole ) je patrnyacute stav kdy dojde k nasyceniacute magnetickeacuteho

obvodu transformaacutetoru Při nasyceniacute dochaacuteziacute ke změně vlastnostiacute feromagnetickeacuteho materiaacutelu

a křivka se od lineaacuterniacuteho průběhu odklaacuteniacute (tzv koleno magnetizačniacute křivky)

Obr 28 Měřiacuteciacute transformaacutetor proudu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 25

241 Externiacute proudovyacute transformaacutetor CTs

Externiacute přiacutestrojovyacute transformaacutetor proudu (daacutele jen PTP) se použiacutevaacute v přiacutepadě je-li jmenovityacute

proud motoru vyššiacute než 63A tzn sloužiacute k přizpůsobeniacute proudoveacuteho rozsahu na hodnotu kterou

je schopno UMC změřit UMC100 je schopneacute pracovat pomociacute sveacuteho vnitřniacuteho transformaacutetoru

proudu s proudem 024A až 63A Použitiacutem externiacuteho proudoveacuteho transformaacutetoru je možneacute měřit

až do hodnoty 850A PTP k UMC100 majiacute převod 1854 3104 5004 a 8504 Sekundaacuterniacutemu

vinutiacute odpoviacutedajiacute 4A což uvaacutediacute popis jednotlivyacutech typů proudovyacutech transformaacutetorů uvedenyacutech v

Tab 23 (čiacuteslo uvedeneacute za lomiacutetkem) např CTxLxxxR4 PTP maacute definovanou třiacutedu přesnosti

3 v celeacutem rozsahu měřeneacuteho proudu K nasyceniacute magnetickeacuteho obvodu transformaacutetoru dochaacuteziacute

přibližně při osminaacutesobku jmenoviteacuteho proudu In Transformaacutetor je navržen s třiacutedou přesnosti

5P10 to znamenaacute že je deklarovaacutena průměrnaacute chyba menšiacute než 5 při 10 naacutesobku jmenoviteacute

hodnoty proudu

Typ Rozsah měřeneacuteho proudu

[A] Max proud CT

[A]

CT4L185R4 60 až 185 1480

CT4L310R4 180 až 310 2480

CT5L500R4 300 až 500 4000

CT5L850R4 500 až 850 6800

Tab 23 Typy externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů s měřenyacutem rozsahem proudu [1]

Přiacuteklad zvoleniacute přiacuteslušneacuteho proudoveacuteho transformaacutetoru

Maacuteme-li asynchronniacute motor se jmenovityacutem proudem napřiacuteklad In =190 A a rozběhovyacutem proudem

pak

(241)

Podle jmenoviteacuteho proudu motoru In ležiacuteciacuteho v rozsahu měřeneacuteho proudu přiacuteslušneacuteho CT

určiacuteme typ CT Nachaacuteziacute-li se jmenovityacute proud na mezi některeacuteho z měřenyacutech rozsahů CT voliacute se

takovyacute transformaacutetor kteryacute maacute většiacute hodnotu maximaacutelniacuteho proudu než vyacuteslednyacute proud

vypočtenyacute Pro přiacutepad kdy In = 190 A je zvolenyacute typ CT4L310R4 Maximaacutelniacute proud Imax splňuje

požadavek kdy Imax lt max proud CT [1]

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezky představujiacute konstrukce externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 26

Obr 29 Konstrukce CT4L185R4 a CT4L310R4 [3]

Obr 210 Konstrukce CT5L500R4 a CT5L850R4 [3]

Zapojeniacute svorkovnice proudoveacuteho transformaacutetoru CTxLxxxR4 a propojeniacute s integrovanyacutem

proudovyacutem transformaacutetorem UMC100 Na Obr 211 je takeacute ukaacutezka zapojeniacute měřiacuteciacuteho modulu

VI150 na přiacutevodniacutech faacuteziacutech motoru a dodrženyacutem spraacutevnyacutem sledem faacutezovyacutech vodičů

Obr 211 UMC100-FBP s CT a VI150 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 27

Obecně platiacute že vyacutevody sekundaacuterniacuteho vinutiacute měřiacuteciacuteho transformaacutetoru proudu jsou buď

zapojeny na zaacutetěž nebo jsou propojeny do zkratu a jeden z vyacutevodů je uzemněn Princip je patrnyacute

z Obr 212 V praxi dochaacuteziacute k několika chybaacutem způsobenyacutech neznalostiacute problematiky Jednou

může byacutet neuzemněniacute jedneacute ze svorek sekundaacuterniacuteho vinutiacute Pak vznikaacute kapacitniacute vazba a

sekundaacuterniacute vinutiacute v nepřiacutezniveacutem přiacutepadě může vysokyacutem napětiacutem termionicky působit - jiskřit na

kostru Při delšiacutem trvaacuteniacute jiskřiveacuteho vyacuteboje v jednom miacutestě se mohou vytvořit vodiveacute cesty a dojiacutet

k průrazu izolace vodiče k nežaacutedouciacutemu potenciaacutelu [8]

Obr 212 Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů proudu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 28

25 Monitorovaciacute zařiacutezeniacute zemniacuteho spojeniacute CEM11-FBP

Monitorovaciacute zařiacutezeniacute CEM11 sloužiacute pro sledovaacuteniacute svodovyacutech proudů respektive zemniacutech

poruch způsobenyacutech nejčastěji poškozenou izolaciacute Detekovaacuteniacute takoveacuteto zemniacute poruchy vede

k odpojeniacute motoru aby nedošlo k jeho většiacutemu poškozeniacute nebo vede k upozorněniacute obsluhy

Možneacute použitiacute je jak v siacutetiacutech uzemněnyacutech tak i neuzemněnyacutech

Průvlečneacute oko je tvořeno toroidniacutem transformaacutetorem kteryacutem jsou vedeny všechny 3 faacutezoveacute

vodiče motoru Zařiacutezeniacute hliacutedaacute to aby součet faacutezorů proudů byl nulovyacute Jakmile dojde k zemniacutemu

spojeniacute tzn součet faacutezorů proudů je nenulovyacute integrovanaacute elektronika CEM11 sepne nebo

rozepne vyacutestup Vyacutestup z CEM11 pracuje jako kontakt kteryacute detekovanou hodnotou proudu

sepne nebo rozepne 24V DC jenž poteacute může byacutet připojeno jako např digitaacutelniacute vstup do UMC

Nastaveniacute zpožděniacute sepnutiacute varovaacuteniacute nebo odpojeniacute lze zvolit v UMC a to v rozsahu od 01s ndash

255s Nastaveniacute citlivosti spiacutenaacuteniacute je možneacute v několika krociacutech Poloha přepiacutenače (0-7) s toleranciacute

na pozici 0 cca plusmn30 a daacutele vždy s toleranciacute cca plusmn10

CEM11 je možneacute uložit spolu s ostatniacutemi komponenty na DIN lištu normovaneacuteho rozměru

35mm nebo pomociacute přiacutedavneacuteho klipu pro nejmenšiacute rozměr CEM11-FBP20 [1]

Průměr průvlečneacuteho

oka [mm]

Proudovyacute rozsah

[mA]

20 80 - 1700

35 100 - 3400

60 120 - 6800

120 240 - 13600

Tab 24 Rozměry vyraacuteběnyacutech CEM11-FBPs udaacutevanyacutemi hodnotami svodovyacutech proudů

Obr 213 Zapojeniacute CEM11-FBP do obvodu [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 29

26 Napaacutejeciacute zdroj

Pro napaacutejeniacute modulů UMC100 DX122 a VI150 sloužiacute zdroj typu CP-D 2413 Jednaacute se o

napaacutejeciacute zdroj kteryacute na sveacutem vyacutestupu dovoluje regulaci napětiacute 24-28V DC s toleranciacute plusmn 1

Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute je umožněna z důvodu připojeniacute modulů na dlouheacute vedeniacute kde

vznikajiacute uacutebytky napětiacute praacutevě vlivem deacutelky vedeniacute Zpravidla klesne-li na vedeniacute napětiacute od

jednoho zdroje na ktereacutem je nastaveno maximaacutelniacute vyacutestupniacute napětiacute pod minimaacutelniacute hodnotu

potřebnou pro napaacutejeniacute modulu je nutneacute použiacutet dalšiacute napaacutejeciacute zdroj Maximaacutelniacute proud zdroje je

Imax = 13A a jmenovityacute vyacutestupniacute vyacutekon 30W Tento typ zdroje je diacuteky svyacutem modulaacuterniacutem

rozměrům možneacute umiacutestit na DIN lištu (EN50022-35) [6]

Naacutesledujiacuteciacute zatěžovaciacute charakteristika znaacutezorňuje zaacutevislost svorkoveacuteho napětiacute zdroje na

odebiacuteraneacutem proudu pro teplotu T=25degC

Obr 214 Zatěžovaciacute charakteristika zdroje CP-D 2413[6]

Obr 215 Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 30

27 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

Tento modul poskytuje komunikaci pro FieldBusPlug zařiacutezeniacute jako je např UMC100

s počiacutetačem prostřednictviacutem siacutetě Ethernet K MTQ22 lze připojit až 4 zařiacutezeniacute pro uacutesporu

naacutekladů Naacutesledujiacuteciacute popis je vztažen k Obr 216 kde jsou znaacutezorněny jednotliveacute čaacutesti modulu

1 konektory s označeniacutem X1 až X4 sloužiacute pro připojeniacute až 4 zařiacutezeniacute FBP

2 LED diody pro signalizaci aktuaacutelniacuteho stavu komunikace

3 micro USB konektor s označeniacutem X5 pro připojeniacute a konfiguraci pomociacute PC

4 dvě RJ45 zaacutesuvky s označeniacutem E1 a E2 pro připojeniacute pomociacute Ethernetoveacuteho kabelu

5 konektor pro připojeniacute 24V DC napaacutejeciacuteho napětiacute nese označeniacute X6

Obr 216 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 31

OCHRANNEacute FUNKCE 3Kontroleacuter nabiacuteziacute velkeacute množstviacute ochrannyacutech funkciacute potřebnyacutech pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacuteho chodu

motoru Některeacute funkce jsou aktivniacute pouze po čaacutest běhu motoru typicky při startu motoru jineacute

po jeho rozběhu Naacutesledujiacuteciacute tabulka (Tab 31) nastiacuteniacute přehled nejdůležitějšiacutech ochran motoru a

čas kdy jsou aktivovaacuteny

Ochrannaacute funkce Aktivniacute

Při tepelneacutem přetiacuteženiacute Vždy

Při zablokovaneacutem rotoru Při startu motoru

Při proudoveacutem přetiacuteženiacute Po startu

Při proudoveacutem podtiacuteženiacute Po startu

Sled faacuteziacute Vždy

Při faacutezoveacute nesymetrii Vždy

Při ztraacutetě faacuteze Vždy

PTC ochrana Vždy

Při zemniacutem spojeniacute Vždy po spuštěniacute

Při napěťovyacutech špičkaacutech Vždy

Při harmonickeacutem zkresleniacute Vždy

Tab 31 Ochranneacute funkce [1]

Nastaveniacute parametrů jednotlivyacutech ochran probiacutehaacute pomociacute UMC100-PAN

31 Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute

UMC100 disponuje nastavitelnyacutem vypiacutenaacuteniacutem při tepelneacutem přetiacuteženiacute podle třiacuted 5E 10E 20E

30E a 40E viz Obr 31 Tyto třiacutedy uvaacutedějiacute poměr mezi aktuaacutelniacutem prochaacutezejiacuteciacutem proudem

motorem I a jmenovityacutem proudem motoru In uvedenyacutem na štiacutetku v zaacutevislosti na maximaacutelniacute době

rozběhu t

Třiacuteda 5E 10E 20E 30E 40E

t [s] 15 3 6 3 12

Tab 32 Třiacutedy přetiacuteženiacute a čas odpojeniacute

Lze hovořit o dvou typech rozběhu motoru

1 normaacutelniacute rozběh - do 10s

2 těžkyacute rozběh - viacutece jak 10s

Při rozběhu zatiacuteženeacuteho motoru se otaacutečky zvyšujiacute z nuloveacute hodnoty na jmenovitou přičemž

dochaacuteziacute k naacuterůstu proudu až na několikanaacutesobek jeho jmenoviteacute hodnoty Zpravidla u většiacutech

motorů byacutevaacute naacuterůst až 10In tudiacutež v tento bdquokritickyacuteldquo okamžik nesmiacute vybavit ochrana na tepelneacute

přetiacuteženiacute Rozběh motoru pro UMC končiacute při poklesu proudu I na hodnotu 135 proudu

jmenoviteacuteho In nebo při dosaženiacute jmenovityacutech otaacuteček nn Udaacutevaneacute časy představuje Tab 32

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 32

311 Určeniacute teploty vinutiacute a vypiacutenaciacute třiacutedy

Podle způsobu určeniacute teploty vinutiacute motoru se ochrany rozlišujiacute na proudově nezaacutevisleacute a

proudově zaacutevisleacute

Proudově nezaacutevisleacute ochrany měřiacute přiacutemo teplotu ve vinutiacute motoru pomociacute vhodneacuteho čidla

teploty zpravidla termistoru Tiacutemto způsobem lze zjistit nedovoleneacute otepleniacute způsobeneacute např

poruchou cirkulace vzduchu kterou proudově zaacutevislaacute ochrana neniacute schopna vyhodnotit

Proudově zaacutevisleacute ochrany vyhodnocujiacute teplotu vinutiacute motoru nepřiacutemo a to prostřednictviacutem

vyacutepočtoveacuteho modelu z provozniacuteho proudu motoru Zvyacutešeniacute provozniacuteho proudu motoru maacute za

naacutesledek otepleniacute ktereacute vede trvaacute-li delšiacute dobu k poškozeniacute nebo zničeniacute motoru Ochrana při

tepelneacutem přetiacuteženiacute ndash TOL chraacuteniacute motor před přehřaacutetiacutem Tepelnyacute model je vypočiacutetaacutevaacuten za chodu i

v klidu motoru a z těchto stavů se pak zjistiacute tepelnaacute kapacita Znalost teacuteto hodnoty vede

k maximalizaci produktivity Funkčnost tepleneacuteho modelu je v souladu s normou

Při použitiacute motoru pro cyklickeacute operace dochaacuteziacute ke schodoviteacutemu zvyšovaacuteniacute teploty motoru Je

zapotřebiacute volit spraacutevnyacute čas intervalu mezi cykly aby nedochaacutezelo k přehřaacutetiacute a zbytečneacutemu

poškozeniacute izolace vinutiacute motoru

Funkce Thermal load (tzv tepelnaacute zaacutetěž) hliacutedaacute poměr aktuaacutelniacuteho prochaacutezejiacuteciacuteho proudu I a

jmenoviteacuteho proudu In motoru Jakmile poměr IIn přesaacutehne 100 začiacutenaacute odpočet TTT a motor

bude odpojen po uplynutiacute nastaveneacute periody Možnost opětovneacuteho spuštěniacute přetiacuteženeacuteho motoru

proběhne po jeho vychladnutiacute To je možneacute nastavit dvěma způsoby [1]

1 Ručně nastavenou periodou během ktereacute je motor blokovaacuten proti spuštěniacute

(ovlivňovaacuteno velikostiacute motoru teplotou prostřediacute kde je motor použit zda je vybaven

ventilaacutetorem či neniacute apod)

2 Nastaveniacutem procentuaacutelniacute hodnoty tepelneacute kapacity do ktereacute nebude moci obsluha

motor spustit (při nastaveniacute 50 nedojde k odblokovaacuteniacute ochrany pokud neklesne

tepelnaacute kapacita pod zadanou hodnotu)

Určeniacute vypiacutenaciacute třiacutedy je představeno na naacutesledujiacuteciacutem přiacutekladu

Maacuteme-li trojfaacutezovyacute asynchronniacute motor o vyacutekonu 22kW poměr IIn = 5 a maximaacutelniacute dobu

rozběhu to = 10s Z přiloženeacuteho grafu vypiacutenaciacutech třiacuted pro studenyacute motor určiacuteme požadovanou

třiacutedu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 33

Obr 31 Vypiacutenaciacute třiacutedy pro UMC100-FBP[1]

Z vyacutesledku je patrneacute že motor budeme vypiacutenat proti přetiacuteženiacute podle třiacutedy 5E jelikož křivka

pro 5E je pod maximaacutelniacute dobou rozběhu to = 10s Pokud by došlo ke zvoleniacute např třiacutedy 10E

hrozilo by poškozeniacute motoru jelikož by na motor působilo přetiacuteženiacute delšiacute dobu než je tomu

dovoleno [10]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 34

32 Ochrana při zablokovaneacutem rotoru

V okamžiku připojeniacute motoru na napaacutejeciacute siacuteť se rotor neotaacutečiacute (n = 0 s = 1) Motor je ve

stavu nakraacutetko a jeho proud je omezen pouze ohmickyacutemi odpory a rozptylovyacutemi reaktancemi

vinutiacute Zaacuteběrnyacute proud I1z dosahuje většinou 4 až 10 x většiacutech hodnot než proud jmenovityacute In

Určit velikost tohoto proudu je možneacute ze vztahu 321

radic

kde

U1 - Vstupniacute napětiacute

R1 - Odpor primaacuterniacuteho vinutiacute

Xr1 - Reaktance statoroveacuteho vinutiacute

Xrsquor20 - Reaktance zabrzděneacuteho rotoru

Rlsquo2s - Celkovyacute činnyacute odpor rotoru

RFe - Činnyacute odpor magnetickeacuteho obvodu

Xm - Reaktance magnetickeacuteho obvodu

I1z - Zaacuteběrnyacute proud

Obr 32 Obvodovyacute model asynchronniacuteho motoru pro jednu faacutezi statoroveacuteho vinutiacute ndash nakraacutetko

Velkyacute zatěžovaciacute moment Mz nebo mechanickaacute porucha může zapřiacutečinit zablokovaacuteniacute rotoru

Ochrannaacute funkce detekuje dlouhou počaacutetečniacute situaci kteraacute je praacutevě důsledkem zmiacuteněnyacutech přiacutečin

UMC100 tiacutemto odpojiacute motor od napaacutejeniacute čiacutemž ho ochraacuteniacute od nadměrneacuteho tepelneacuteho namaacutehaacuteniacute

V uživatelskeacutem prostřediacute je možneacute individuaacutelně nastavit jak maximaacutelniacute proud tak i čas po

ktereacutem dojde k odpojeniacute zablokovaneacuteho motoru Pro experimentaacutelniacute použitiacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy je nastavena hodnota poměru pro odpočet a naacutesledneacute odpojeniacute IIn na 300 [1] [9]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 35

33 Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute zabezpečiacute odpojeniacute motoru vyskytne-li se v obvodu většiacute

hodnota proudu než nastavenaacute jmenovitaacute In Bliacuteže tuto funkci představiacute přiloženyacute průběh Funkce

je aktivniacute až po roztočeniacute motoru v okamžiku rozběhu je neaktivniacute

Princip ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Do okamžiku T1 od zapnutiacute klesne zaacuteběrnyacute proud na hodnotu cca Ix = 135 In V časoveacutem

uacuteseku T1 až T2 dochaacuteziacute k naacuterůstu prochaacutezejiacuteciacuteho proudu motorem V okamžiku T2 překročiacute

proud hodnotu Ivar Tiacutemto okamžikem začne odpočet nastaveneacute doby zpožděniacute tvar kteraacute po

uplynutiacute sepne signalizaci varovaacuteniacute nadproudoveacuteho přetiacuteženiacute Odpočet doby tvar narůstaacute je-li

proud motorem I gt Ivar Jakmile proud I ge Iodp dochaacuteziacute k sepnutiacute čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute todp

Platiacute-li podmiacutenka I ge Iodp a dojde k načteniacute hodnoty todp UMC100 odpojiacute motor od napaacutejeniacute a tiacutem

zabraacuteniacute jeho poškozeniacute

Obr 33 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu přetiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash dosaženiacute vysokeacute proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash dosaženiacute hodnoty proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

34 Ochrana při proudoveacutem podtiacuteženiacute

Jakmile hodnota (činneacuteho) proudu klesne pod nastavenou uacuteroveň kteraacute je pro danyacute proces

typickaacute dojde v UMC100 k vybaveniacute ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a motor odpojiacute od

napaacutejeniacute Tato ochrana se předevšiacutem využiacutevaacute pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacute funkce čerpadla když detekuje

ztraacutetu jeho saacuteniacute či pro paacutesoveacute dopravniacuteky ve vyacuterobniacutech provozech Včasneacute varovaacuteniacute a odpojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 36

motoru snižuje zejmeacutena prostoje vyacuteroby Princip varovaacuteniacute a odpojeniacute je představen na

naacutesledujiacuteciacutem průběhu jak tomu bylo u ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Princip ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute zobrazeneacuteho průběhu

Po poklesu aktuaacutelniacuteho proudu v okamžiku T1 motor normaacutelně běžiacute V časoveacutem uacuteseku T1 až

T2 dochaacuteziacute k poklesu proudu pod jmenovitou hodnotu In až na nastavenou hodnotu Ivar Při

dosaženiacute teacuteto hodnoty začne odpočet varovaacuteniacute proudoveacuteho podtiacuteženiacute Nepřesaacutehne-li proud za

dobu kratšiacute než tvar mez Ivar (tzn nevzroste-li se zpět k In) dojde ke spuštěniacute signalizace

proudoveacuteho podtiacuteženiacute Při pokračujiacuteciacutem poklesu proudu jak je patrneacute v časoveacutem intervalu T2-T3

až na mez Iodp dojde k čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute Při překročeniacute nastaveneacute doby todp a za

podmiacutenky že proud I le Iodp UMC100 motor odpojiacute od napaacutejeciacute siacutetě

Obr 34 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash niacutezkaacute proudovaacute uacuteroveň kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash hodnota proudu kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

Popis funkce ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute blokoveacuteho scheacutematu

Signaacutel Istart představuje hodnotu proudu po startu motoru- log 1(tzn Signalizace motoru v

chodu) Tento signaacutel tvořiacute vstup logickeacuteho hradla AND (1) Funkci tohoto hradla znaacutezorňuje

přiloženaacute tabulka Tab 33 Druhyacute vstup signalizuje aktuaacutelniacute hodnotu proudu kteraacute motorem

proteacutekaacute Je-li proud IltIvar detekuje hradlo AND druhou logickou jedničku a hradlo vybaviacute podle

přiloženeacute tabulky Tento signaacutel z hradla aktivuje časovač zpožděniacute varovaacuteniacute Po uplynutiacute

nastaveneacuteho časoveacuteho uacuteseku signalizuje podtiacuteženiacute Dochaacuteziacute-li staacutele k poklesu proudu až do

uacuterovně kdy IltIodp pak na druheacutem logickeacutem hradle AND (2) budou na vstupu log 1 Sepne

čiacutetaacuteniacute zpožděniacute vypnutiacute a po uplynutiacute doby UMC motor vypne

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 37

Obr 35 Blokoveacute scheacutema ochrany proti proudoveacutemu podtiacuteženiacute [1]

Vstup Vyacutestup

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

Tab 33 Princip funkce logickeacuteho hradla AND

341 Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek

Při chodu asynchronniacuteho motoru odebiacuteraacute stroj ze siacutetě jalovyacute proud kteryacute je potřebnyacute pro

vytvořeniacute magnetizace hlavniacuteho magnetickeacuteho obvodu Tento tzv magnetizačniacute proud je

nezaacutevislyacute na zatiacuteženiacute stroje Uplatněniacute nalezne zejmeacutena při chodu napraacutezdno a maleacutem zatiacuteženiacute

kdy je uacutečiniacutek motoru niacutezkyacute Motor maacute tedy nejleacutepe pracovat při plneacutem zatiacuteženiacute[11]

Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek jsou důležiteacute parametry pro detekovaacuteniacute niacutezkeacute zaacutetěže nebo situace bez

zaacutetěže např uzavřenyacute ventil Pomociacute napěťoveacuteho modulu VI15x a UMC je měřeno sdruženeacute

(faacutezoveacute) napětiacute faacutezovyacute proud čili i faacutezovyacute posuv mezi proudem a napětiacutem - cos φ Pomociacute těchto

parametrů je UMC schopneacute analogicky spočiacutetat hodnotu činneacuteho přiacutekonu

radic

Poklesne-li poteacute činnyacute přiacutekon pod nastavenou procentuaacutelniacute hodnotu P (př 85 Pn) motor vypne

tj bude-li PPn le 085

Experimentaacutelniacutem měřeniacutem v raacutemci laboratorniacute uacutelohy byla pomociacute přiacutestroje Yokogawa WT1800

změřena zaacutevislost uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute motoru Z vyacutesledneacuteho grafu (Obr 37) je

patrneacute že se snižovaacuteniacutem zatiacuteženiacute rotoru klesaacute velikost uacutečiniacuteku Naměřeneacute hodnoty pro konstrukci

grafu jsou uvedeny v přiacuteloze

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 38

Obr 36 Charakteristiky asynchronniacuteho motoru při zatiacuteženiacute [11]

Obr 37 Graf zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti P2

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

01

02

03

04

05

06

07

08

09

0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000

P1 [

W]

cos

ϕ [

-]

P2 [W]

P2 P1 Q1

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 39

35 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

Princip ochrany

Je-li poměr nejnižšiacuteho proudu (Imin) a nejvyššiacuteho proudu (Imax) ve faacuteziacutech nad nastavenou

uacuterovniacute pro varovaacuteniacute sepne signalizace ztraacutety faacuteze Jakmile ovšem tento poměr překročiacute

nastavenou hodnotu pro odpojeniacute motoru sepne zpožděniacute vypnutiacute a podle nastaveneacute třiacutedy

přetiacuteženiacute motor po uplynutiacute časoveacuteho intervalu odpojiacute

Funkce faacutezoveacute nesymetrie je aktivniacute pouze tehdy je-li proud ve všech třech faacuteziacutech gt 25 In

(jmenoviteacuteho proudu) [1]

Naacutesledujiacuteciacute rovnice představuje vyacutepočet procentuaacutelniacuteho poměru proudu pro vypnutiacute motoru při

uacuteplneacute ztraacutetě faacuteze

(

)

36 Ochrana sledu faacuteziacute

Ochrana sledu faacuteziacute hliacutedaacute zejmeacutena spraacutevnyacute směr otaacutečeniacute motoru Důležiteacute pro použitiacute teacuteto

ochrany je miacutesto zapojeniacute napěťoveacuteho modulu VI15x Pokud by byl modul zapojen za stykači

nastala by chyba při reverzniacutem zapojeniacute Na stykačiacutech dochaacuteziacute zapojeniacutem k zaacuteměně dvou

faacutezovyacutech vodičů a tiacutem i změně směru otaacutečeniacute motoru UMC s pomociacute VI150 vyhodnotiacute situaci

jako chybovou a vypne motor Napěťovyacute modul se tedy zpravidla umiacutesťuje hned za hlavniacute jistiacuteciacute

prvek viz Obr 44

37 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Jedno z největšiacutech nebezpečiacute pro motor představuje ztraacuteta jedneacute napaacutejeciacute faacuteze Chod na 2

napaacutejeciacute faacuteze zatěžuje motor na tepelneacute uacutečinky proudu vlivem zvyacutešeniacute proudu ve zbylyacutech 2

faacuteziacutech UMC100 v tomto přiacutepadě vypiacutenaacute motor podle předem stanovenyacutech časovyacutech intervalů

Intervaly vypnutiacute jsou stejneacute jako pro ochranu proti proudoveacutemu přetiacuteženiacute (Tab 32) a

odpoviacutedajiacute nastaveneacute třiacutedě přetiacuteženiacute Tuto ochranu dřiacuteve zajišťovalo tepelneacute releacute ktereacute v tomto

přiacutepadě nemusiacute byacutet použito

38 PTC ochrana

381 Termistor

Termistor je polovodičovyacute nelineaacuterniacute dvojpoacutel jehož odpor se měniacute v zaacutevislosti na teplotě

prostřediacute ve ktereacutem pracuje Jeho vyacutehodou je že velmi rychle a citlivě reaguje na změnu teploty

Rozlišujeme zpravidla 2 druhy termistorů

1 NTC (Negative Temperature Coefficient) - termistor se zaacutepornyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou klesaacute jeho odpor (roste elektrickaacute vodivost a proud)

2 PTC (Positive Temperature Coefficient) ndash termistor s kladnyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou jeho odpor roste

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 40

Obr 38 Zaacutevislost odporu termistoru na teplotě

Použitiacute termistorů

NTC termistory se použiacutevajiacute zpravidla k měřeniacute teploty PTC se nejčastěji využiacutevaacute

v kuchyňskyacutech spotřebičiacutech kde je požadovaacutena konstantniacute teplota v termostatech a pro hliacutedaacuteniacute

teploty vinutiacute motorů

382 Princip PTC ochrany v UMC

Ochrana obecně spadaacute do skupiny proudově nezaacutevislyacutech ochran Pro připojeniacute PTC

termistoru sloužiacute na UMC100 svorky s označeniacutem T1 a T2 PTC zvyšuje svůj odpor s rostouciacute

teplotou proto je možneacute ho použiacutet pro hliacutedaacuteniacute teploty např vinutiacute statoru UMC je schopneacute

vyhodnotit tuto změnu odporu a vydaacute signaacutel k odpojeniacute motoru od siacutetě [7]

39 Ochrana při zemniacutem spojeniacute

Ochrana při zemniacutem spojeniacute spočiacutevaacute v ochraně motoru siacutetě a technologie při nežaacutedouciacutech

vlivech způsobenyacutech zejmeacutena staacuternutiacutem izolace a jejiacutem zhoršenyacutem izolačniacutem uacutečinkem

Naacutesledkem přetěžovaacuteniacute vedeniacute vlhkostiacute kondenzaciacute vody v elektrickeacutem zařiacutezeniacute nebo vrstvou

vodiveacuteho prachu jsou praacutevě zhoršeneacute vlastnosti izolačniacuteho materiaacutelu To vede k nechtěneacutemu

zemniacutemu spojeniacute Zemniacute spojeniacute je monitorovaacuteno pomociacute UMC spolu se zařiacutezeniacutem CEM11 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 41

DEMONSTRAČNIacute PŘIacutePRAVEK 4

41 Naacutevrh přiacutepravku

Pro demonstraci UMC100 a dalšiacutech prvků řady produktů od společnosti ABB sro byl

navržen přiacutepravek pomociacute software AutoCAD a Inventor Professional kteryacute byl poteacute zrealizovaacuten

a oživen Nosnaacute konstrukce (Obr 41) je vyrobena z jӓckelu o rozměru 25x25mm

Obr 41 Nosnaacute konstrukce

Čelniacute panel tvořiacute plech s rozměry 500x400mm a tloušťky 2mm Plech je osazen

rozvaděčovyacutemi kanaacutely 25x60mm a všemi potřebnyacutemi komponentami pro realizaci zapojeniacute

Vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho panelu s otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky a ovlaacutedaciacute tlačiacutetka motoru je na

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

Seznam použityacutech komponent Vyacuterobce

3-poacutelovyacute jistič C16 OEZ

Pojistkoveacute pouzdro RSP 4 Elektro Bečov

Komunikačniacute modul MTQ22-FBP ABB

Motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP ABB

Napěťovyacute modul VI150-FBP ABB

Rozšiřovaciacute modul DX122-FBP ABB

Ministykač LC1K09(LC1K12) Schneider Electric

Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A ABB

Rozvaděčovyacute kanaacutel 25x60mm KOPOS

Přiacutestrojoveacute zdiacuteřky 4mm do panelu AMASS

Tlačiacutetka do panelu 250V1A JIETONG

Tab 41 Seznam použityacutech komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 42

Pro konstrukci je důležiteacute aby navrženyacute panel rozměrově odpoviacutedal všem potřebnyacutem přiacutestrojům

a modulům Pro tuto přiacuteležitost je pomociacute software AutoCAD vytvořen vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho

panelu Obr 43 kteryacute je konstruovaacuten

Navrženyacute nosnyacute plech tloušťky 2mm na ktereacutem jsou umiacutestěny veškereacute komponenty Obr 42

Ve vrchniacute polovině plechu jsou vyvrtaacuteny otvory o průměru 4mm sloužiacuteciacute pro uchyceniacute

rozvaděčoveacuteho kanaacutelu a DIN lišty Ve středniacute čaacutesti plechu jsou 4 průvlečneacute otvory určeneacute k

průchodu vodičů ze zadniacute čaacutesti plechu (od napaacutejeciacutech svorek) do rozvaděčoveacuteho kanaacutelu na straně

předniacute Pro tuto potřebu jsou stejneacute otvory vyvrtaacuteny takeacute do dna kanaacutelu Ve spodniacute čaacutesti jsou

otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky pomociacute kteryacutech je zajištěno napaacutejeniacute panelu a poteacute napaacutejeniacute motoru

a 3 otvory na ovlaacutedaciacute tlačiacutetka k zajištěniacute ovlaacutedaacuteniacute motoru Uchyceniacute plechu k nosneacute konstrukci

je provedeno samořeznyacutemi šroubky M5 v roziacutech plechu

Obr 42 Naacutevrh plechu panelu

Vyacutekres plechu s udaacuteniacutem koacutet je obsažen v přiacuteloze praacutece viz Obr 01

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 43

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 44

42 Scheacutema zapojeniacute přiacutepravku

Demonstračniacute panel je uzpůsoben pro reverzniacute chod trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 44 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho přiacutepravku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 45

43 Vyacuteslednyacute přiacutepravek

Vyacuteslednyacute osazenyacute a zapojenyacute přiacutepravek určenyacute pro laboratorniacute uacutelohu doplněnyacute vhodnyacutemi

štiacutetky pro ovlaacutedaacuteniacute a zapojeniacute napaacutejeciacute siacutetě (VSTUP) a motoru (VYacuteSTUP)

Obr 45 Demonstračniacute přiacutepravek

Zadniacute čaacutest panelu s izolovaacuteniacutem konektorů FASTON pomociacute teplem smrštitelneacute bužiacuterky před

nebezpečnyacutem dotykem živeacute čaacutesti

Obr 46 Zadniacute pohled

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 46

44 Demonstračniacute kufr pro ABB

Pro společnost ABB sro byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 prezentujiacuteciacute

jeho možnosti Zaacutekladniacutem požadavkem naacutevrhu bylo řešeniacute pomociacute jednofaacutezoveacuteho napaacutejeniacute

Jelikož UMC100 je uzpůsobeno pro chod trojfaacutezovyacutech motorů je použit frekvenčniacute měnič

ACS50 kteryacute nabiacuteziacute při napaacutejeniacute pomociacute jednofaacutezoveacute siacutetě na sveacutem vyacutestupu napětiacute 3x230V50Hz

Pro digitaacutelniacute vstupy UMC100 a rozšiřovaciacuteho modulu DX111 je navrženo použitiacute dvoupoacutelovyacutech

paacutečkovyacutech přepiacutenačů s funkciacute (ON)-OFF-ON s napětiacutem 24V DC K signalizaci aktivniacutech vstupů

a vyacutestupů je navrženo použitiacute zelenyacutech signaacutelek Ovlaacutedaciacute panel kufru obsahuje spiacutenače pro

simulaci ztraacutety napaacutejeciacute faacuteze motoru potenciometr k simulaci faacutezoveacute nesymetrie daacutele červenou

signaacutelku pro signalizaci poruchovyacutech stavů a žlutou pro chod motoru Všechny přepiacutenače a

signaacutelky jsou přiacutestupneacute uživateli prostřednictviacutem navrženeacuteho ovlaacutedaciacuteho panelu kteryacute současně

posloužiacute jako kryt kufru (Obr 02) Jelikož pro přenosnyacute kufr neniacute nejvhodnějšiacute použitiacute

asynchronniacuteho motoru je proto použit 6-poacutelovyacute synchronniacute motor s přiacutekonem 23VA

vyacutestupniacutem vyacutekonem 105W a jmenovityacutem proudem 100mA

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 47

Obr 47 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho kufru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 48

SIMULACE OCHRAN 5Kapitola obsahuje soupis simulaciacute ochran ktereacute jsou demonstrovaacuteny v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jež se zabyacutevaacute problematikou UMC100 Z širokeacute škaacutely ochran jsou vybraacuteny 4 situace ktereacute

se v průmyslu často vyskytujiacute

51 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

K nasimulovaacuteniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii je použit posuvnyacute potenciometr kteryacute je

připojen na svorky (12) Pomociacute potenciometru bude snižovaacutena velikost napětiacute na přiacutevodniacute faacutezi

do motoru (L1) Pro demonstraci ochrany je použit napěťovyacute modul VI150 spolu s UMC100 Na

svorky modulu označeneacute (L1L2 a L3) jsou přivedeny faacuteze v uvedeneacutem sledu Při zvyšovaacuteniacute

odporu rezistoru ve faacutezi dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute napětiacute na přiacutevodniacute svorce (L1) vlivem rostouciacuteho

uacutebytku napětiacute na daneacutem rezistoru Je-li napěťovyacute modul propojen vodičem s UMC a je-li spraacutevně

nastaven UMC vyhodnotiacute po určiteacutem poklesu napětiacute a naacuterůstu proudu ve zbylyacutech dvou faacuteziacutech

(L2 a L3) jako chybovou a vybaviacute Nejprve bude vybaveno varovaacuteniacute a poteacute dojde k odpojeniacute

motoru

52 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze je motor vystaven vysokeacutemu riziku což většinou vede k jeho

zničeniacute Demonstrace ochrany proběhne uacuteplnyacutem odpojeniacutem napaacutejeciacute faacuteze L2 Pro vybaveniacute

ochrany neniacute zapotřebiacute aby byl motor v chodu neboť použitiacute napěťoveacuteho modulu VI150

detekuje nepřiacutetomnost napětiacute faacuteze a vybaviacute Při chodu motoru ochrana vybaviacute od 15s pro třiacutedu

5E a do 12s pro 40E podle nastaveneacute třiacutedy přetiacuteženiacute viz Tab 32 Princip funkce při chodu

motoru spočiacutevaacute v porovnaacuteniacute nejvyššiacute a nejnižšiacute naměřeneacute hodnoty faacutezoveacuteho proudu s

nastavenyacutemi uacuterovněmi Vyacutehodou je že signalizuje varovaacuteniacute ještě před samotnyacutem spuštěniacutem

motoru kdy může nastat stav že je přepaacutelena pojistka a obsluha toto nezaznamenala Mimo

přepaacuteleneacute pojistky se může takeacute jednat o uvolněnyacute nebo opotřebenyacute kontakt

53 Ochrana sledu faacuteziacute

Pro spraacutevnyacute chod motoru a diagnostiku pomociacute kontroleacuteru s použitiacutem napěťoveacuteho modulu je

zapotřebiacute dodržet sled faacuteziacute tzn Faacutezovyacute vodič L1rarrsvorka L1 L2 rarrsvorka L3 a L3rarrsvorka L3

Při zaacuteměně některyacutech faacutezovyacutech vodičů neprodleně vybaviacute ochrana sledu faacuteziacute a neniacute dovoleno

spuštěniacute motoru do okamžiku dokud neniacute obsluhou tento probleacutem vyřešen

54 PTC ochrana

Pro vyhodnocovaacuteniacute teploty vinutiacute statoru motoru sloužiacute termistor PTC Při zvyacutešeniacute teploty

nastaacutevaacute zvyacutešeniacute odporu termistoru (viz Obr 38) a motor odpojiacute Udaacutevanaacute odezva UMC na

změnu odporu je v rozmeziacute R = 34-38kΩ

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 49

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany

Z důvodu ochrany motoru neniacute vhodneacute vystavovat motor zvyacutešeneacute teplotě pro nastiacuteněniacute funkce

PTC ochrany Pro tento uacutečel posloužiacute zhotovenyacute box osazenyacute lineaacuterniacutem potenciometrem

s hodnotou odporu 25kΩ jemuž jsou předřazeny odpory 1kΩ a 330Ω

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 50

LABORATORNIacute UacuteLOHA 6

61 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100

Uacutekolem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute řiacutediacuteciacute a kontrolniacute jednotkou pro

provoz trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru UMC100

Motorovyacute kontroleacuter nabiacuteziacute 3 releacuteoveacute vyacutestupy Tyto vyacutestupy jsou připojitelneacute na napětiacute 230V AC s

maximaacutelniacutem proudem 1A Releacuteoveacute vyacutestupy sloužiacute zejmeacutena pro připojeniacute budiacuteciacutech ciacutevek stykačů

Hlavniacute vstupy jsou tvořeny seacuteriiacute svorek jež je umiacutestěnaacute ve spodniacute čaacutesti kontroleacuteru Svorky nesou

označeniacute (DI0 DI1 hellip DI5) Tyto digitaacutelniacute vstupy pracujiacute s napětiacutem 24V DC a sloužiacute pro

připojeniacute ovlaacutedaciacutech tlačiacutetek jako start motoru stop motoru reverzaci rozběh hvězda-trojuacutehelniacutek

nebo např použitiacute vstupu pro koncovyacute spiacutenač pro připojeniacute pomocnyacutech kontaktů stykačů či

funkci aktuaacutetor kdy je ovlaacutedaacuten pohon ventilu Vše podle nastaveniacute uživatele a pracovniacuteho

procesu Vedle hlavniacutech vstupniacutech kontaktů se nachaacuteziacute takeacute jeden vyacutestupniacute s označeniacutem (DO3)

Tento digitaacutelniacute vyacutestup lze využiacutet k připojeniacute 24V DC signalizačniacute kontrolky pro chybovaacute hlaacutešeniacute

modulu UMC100 nabiacuteziacute integrovanyacute vstup pro připojeniacute PTC termistoru Diacuteky PTC jsme

schopni hliacutedat teplotu statoroveacuteho vinutiacute a předejiacutet tiacutem zaacutevažneacutemu poškozeniacute motoru

Hlavniacute obvod

Měřeniacute proudu faacutezovyacutemi vodiči je řešeno pomociacute 3 průvlečnyacutech ok integrovanyacutech v modulu

Tato průvlečnaacute oka jsou měřiacuteciacutemi transformaacutetory proudu navinutyacutemi na toroidniacutem jaacutedře Diacuteky

těmto transformaacutetorům je kontroleacuter schopnyacute měřit proud v rozsahu 024 až 63A Pro vyššiacute

hodnoty proudů až 850A se použiacutevaacute externiacute proudovyacute transformaacutetor

Možnost rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru

UMC se v průmyslovyacutech aplikaciacutech nejčastěji použiacutevaacute s využitiacutem napěťoveacuteho a rozšiřovaciacuteho

(vstupně-vyacutestupniacuteho) modulu Pro laboratorniacute uacutelohu je použit napěťovyacute modul VI150 a

rozšiřovaciacute modul DX122 jenž jsou připojeny k UMC pomociacute UMCIO-CAB přes svorky

s označeniacutem Ca a Cb

Napěťovyacute modul VI150

K demonstraci kontroleacuteru je použit modul s označeniacutem VI150 Zařiacutezeniacute disponuje konektory pro

připojeniacute faacutezovyacutech vodičů (L1 L2 a L3) a je schopneacute měřit hodnotu sdruženeacuteho napětiacute siacutetě

S naměřenyacutemi hodnotami faacutezoveacuteho proudu pomociacute UMC dostaacutevaacuteme takeacute hodnotu faacutezoveacuteho

posuvu mezi napětiacutem a proudem tedy uacutečiniacuteku cos φ Z těchto naměřenyacutech parametrů vypočiacutetaacute

řiacutediacuteciacute jednotka kontroleacuteru činnyacute přiacutekon Ovšem pro spraacutevnou detekci napětiacute je nutneacute dodržet

zapojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 51

Vstupně-vyacutestupniacute modul DX122

Modul umožňuje rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru o dalšiacutech 8 digitaacutelniacutech vstupů na napětiacute 110-230V AC 4

releacuteoveacute vyacutestupy a 1 analogovyacute vyacutestup Pomociacute programu ABB Asset Vision Basic je možneacute

přiacutemeacute přiřazeniacute parametrů a programovaacuteniacute UMC100 a takeacute všech zařiacutezeniacute kteraacute jsou vybavena

DTM (Device Type Manager)- naacutestroj pro konfiguraci a spraacutevu zařiacutezeniacute

Komunikačniacute modul MTQ22

O komunikaci mezi UMC a PC se staraacute modul MTQ22 V software vytvořeneacutem pomociacute

vyacutevojoveacuteho prostřediacute LabVIEW lze sledovat aktuaacutelniacute měřeneacute veličiny zobrazenaacute varovaacuteniacute

poruchovyacutech stavů informace o stavu vstupů a vyacutestupů apod

Napaacutejeciacute zdroj

Napaacutejeniacute modulů zajišťuje zdroj CP-D 2413A s regulaciacute vyacutestupniacuteho napětiacute Regulace je možnaacute

v rozpětiacute 24-28V DC Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute zdroje je umožněna z důvodu požadavku

přesneacuteho napětiacute 24V DC Vlivem zatiacuteženiacute (napaacutejeniacute UMC VI a DX) vyacutestupniacute napětiacute zdroje klesaacute

podle zatěžovaciacute charakteristiky přiacuteslušneacuteho zdroje CP-D sloužiacute takeacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacutech

vstupů UMC

Ochranneacute funkce

UMC nenabiacuteziacute pouze možnost měřeniacute faacutezoveacuteho proudu ale takeacute řadu ochran při poruchovyacutech

stavech provozu Nejčastěji v praxi využiacutevanaacute ochrana je ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute kteraacute

je doprovaacutezena varovnou signalizaciacute nastaacutevajiacuteciacute poruchy

Ochrana motoru při proudoveacutem podtiacuteženiacute pracuje na obdobneacutem principu jako předchoziacute ochrana

Kontroleacuter monitoruje hladinu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu Při jeho poklesu pod nastavenou

uacuteroveň maximaacutelniacuteho dovoleneacuteho poklesu (udaacutevaneacute relativně v k jmenoviteacutemu In) dochaacuteziacute k

signalizaci chyby a odpojeniacute motoru od siacutetě

PTC ochrana spočiacutevaacute v hliacutedaacuteniacute teploty statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru pomociacute PTC

termistoru V našem přiacutepadě je použito lineaacuterniacuteho potenciometru kdy se zvyšujiacuteciacutem se odporem

potenciometru simulujeme zvyšujiacuteciacute se teplotu statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru

Při ztraacutetě některeacute napaacutejeciacute faacuteze motoru dochaacuteziacute k okamžiteacutemu blokovaacuteniacute startu motoru

Ochrana sledu faacuteziacute zajistiacute spraacutevneacute zapojeniacute vodičů L1 L2 a L3 ktereacute je slučitelneacute s nastaveniacutem v

UMC

Vlivem přerušovaneacuteho provozu např S3 kdy nedochaacuteziacute v době klidu a odpojeniacute motoru k

poklesu teploty na teplotu okoliacute může vybavit Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute - Thermal

Overload Protection (TOL)

Zablokovaniacute rotoru byacutevaacute způsobeno přiacuteliš vysokyacutem zaacutetěžnyacutem momentem Mz na hřiacutedeli motoru

nebo mechanickou poruchou Kontroleacuter je při startu schopen detekovat tento stav

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 52

62 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute uacutelohy a scheacutema zapojeniacute panelu

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 53

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 54

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha

Štiacutetek použiteacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 64 Štiacutetek motoru

63 Popis scheacutematu zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

Na vstupniacute svorky s označeniacutem VSTUP (L1 L2 L3 N PE) jsou přivedeny přiacuteslušneacute vodiče

z pracovniacuteho stolu Hlavniacute 16A jistič s vypiacutenaciacute charakteristikou typu C sloužiacute pro jištěniacute siloveacute

čaacutesti obvodu Pro jištěniacute napaacutejeciacuteho zdroje CP-D sloužiacute tavnaacute pojistka 2T250V Napěťoveacute

vstupy na modul VI150 jsou jištěny tavnou pojistkou F125250V Posuvnyacute potenciometr

umiacutestěnyacute na faacutezoveacutem vodiči L1 sloužiacute k demonstraci ochrany při faacutezoveacute nesymetrii

Komunikačniacute modul MTQ22 zajišťuje komunikaci mezi UMC a PC kdy prostřednictviacutem

Ethernetoveacute siacutetě jsme schopni čiacutest měřeneacute veličiny

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 55

64 Pracovniacute postup

1 Seznamte se s kontroleacuterem UMC100 a ostatniacutemi komponenty použityacutemi pro laboratorniacute

uacutelohu a se scheacutematem zapojeniacute uacutelohy

2 Připojte elektromotor a vstupniacute svorky na přiacuteslušneacute zdiacuteřky Před připojeniacutem vyacutekonoveacuteho

potenciometru ověřte měřeniacutem jeho minimaacutelniacute a maximaacutelniacute hodnotu odporu a

poznamenejte si je

3 Připojte potenciometr na určeneacute zdiacuteřky označeneacute čiacutesly 1 a 2 a nastavte hodnotu odporu

4 Po kontrole zapojeniacute vyučujiacuteciacutem zapněte pracoviště a nastavte autotransformaacutetor na 100

vyacutestupniacuteho napětiacute Zapněte hlavniacute jistič Kontrola a nastaveniacute komunikace mezi UMC

DX a VI

Nastaveniacute Komunikace se provede přes LCD displej naacutesledujiacuteciacutem způsobem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on

5 Stiskem tlačiacutetka VPŘED nebo VZAD na panelu uvedeme motor do chodu Pro přechod

z jednoho směru do druheacuteho je nutneacute nejprve zastavit motor tlačiacutetkem STOP Při

zastaveniacute je kontroleacuterem motor blokovaacuten po dobu 3s před dalšiacutem spuštěniacutem z důvodu

doběhu motoru Pohybem tlačiacutetek nahoru dolů pomociacute LCD v hlavniacute nabiacutedce - UMC -

můžeme sledovat aktuaacutelniacute proud motoru sdruženeacute napětiacute odebiacuteranyacute přiacutekon ze siacutetě

uacutečiniacutekhellip

6 Při provaacuteděniacute uacutelohy na brzdě (dynamometru) ověřte funkci ochrany při zablokovaacuteniacute

rotoru funkci ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a proudoveacutem přetiacuteženiacute

7 Při vybaveniacute každeacute z ochran zaznamenejte hodnotu kdy vypnula Před novyacutem startem je

důležiteacute přečiacutest zaacuteznam důvodu poruchy a proveacutest reset na panelu UMC100-PAN jinak je

START blokovaacuten

65 Měřeniacute

OCHRANA PŘED PŘEHŘAacuteTIacuteM MOTORU

Potenciometrem označenyacutem PTC je zvyšovaacutena hodnotu odporu do okamžiku kdy dojde

k odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě zapůsobeniacutem PTC ochrany Hodnota odporu potenciometru

při vybaveniacute ochrany je určena měřeniacutem na 341kΩ Odpoviacutedajiacuteciacute hodnotu teploty motoru

odečteme z grafu a hodnoty odporu potenciometru při vypnutiacute

Do tabulky zapište změřenou hodnotu odporu potenciometru při vypnutiacute Při teacuteto hodnotě odporu

odečtěte teplotu motoru z grafu Ziacuteskanou teplotu porovnejte s vypočtenou teplotou motoru

Tabulka naměřenyacutech a vypočtenyacutech hodnot

R ϑg R0 ϑ

[Ω] [degC] [Ω] [degC]

3410 136 1320 13626

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 56

Vyacutepočet vychaacuteziacute ze vztahu pro zaacutevislost elektrickeacuteho odporu vodiče na teplotě

(651)

kde

(652)

Po uacutepravě pak

α - teplotniacute součinitel elektrickeacuteho odporu (K-1

) (α = 001162 K-1

)

R0 - odpor potenciometru v zaacutekladniacute poloze

R - odpor potenciometru při vybaveniacute ochrany

ϑg - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute odečtenaacute z grafu

ϑ - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute ndash vypočtenaacute

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

R [

Ω]

ϑ [degC]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 57

Vinutiacute motoru je izolovaacuteno izolaciacute třiacutedy F (155)

Třiacuteda izolace A E B F H

Okolniacute teplota [degC] 40 40 40 40 40

Povolenyacute naacuterůst teploty [degC] 60 75 80 105 125

Teplotniacute rezerva 5 5 10 10 15

Konečnaacute teplota 105 120 130 155 180

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru [12]

OCHRANA PŘED NESPRAacuteVNYacuteM SLEDEM FAacuteZIacute

Nedodrženiacutem sledu napaacutejeciacutech faacutezovyacutech vodičů (zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů svorek L2 a L3)

jak je nastaveno v UMC provaacutediacute napěťovyacute modul blokaci startu motoru V tomto přiacutepadě

vybavuje neprodleně ochrana sledu faacuteziacute ndashPhase sequence Funkci zaznamenejte do protokolu

OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII

Zvyšovaacuteniacutem odporu vyacutekonoveacuteho potenciometru zapojeneacuteho ve faacutezi L1 (viz scheacutema zapojeniacute

uacutelohy) dochaacuteziacute k simulaci faacutezoveacute nesymetrie siacutetě Motor je odpojen v okamžiku kdy poklesne

hodnota sdruženeacuteho napětiacute mezi faacutezemi L3 a L1 přibližně na hodnotu Us = 380V Velikost

odporu při vybaveniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii činiacute 101Ω Hodnotu nesymetrie zaznamenejte

do protokolu

OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE

Ztraacuteta faacuteze se realizuje pomociacute spiacutenače v pracovniacutem stole kdy odpojiacuteme napaacutejeciacute faacutezi Změřte

čas od odpojeniacute faacuteze L2 do vybaveniacute ochrany při ztraacutetě faacuteze a poznamenejte do protokolu

66 Demonstrace ochran při použitiacute dynamometru

OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU

K testu ochrany při zablokovaacuteniacute rotoru posloužiacute dynamometr jehož hřiacutedel je spojenaacute se hřiacutedeliacute

asynchronniacuteho motoru pomociacute spojky Hřiacutedel dynamometru je poteacute mechanicky zablokovaacutena

Stiskem přiacuteslušneacuteho tlačiacutetka je proveden start motoru a sledovaacuten proud při odpojeniacute motoru od

siacutetě a čas odpojeniacute Proud při vybaveniacute ochrany při mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru dosaacutehl

hodnoty 1978A což odpoviacutedaacute 582In

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute ndash (High current protection)

Pro simulaci proudoveacuteho přetiacuteženiacute maacuteme nastavenou hodnotu odebiacuteraneacuteho proudu na 130 pro

odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě Snižovaacuteniacutem jmenovityacutech otaacuteček motoru pomociacute dynamometru

(bržděniacutem tzn n rarr 0) dochaacuteziacute k naacuterůstu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu I Odpojeniacute nastalo při

odebiacuteraneacutem proudu 447A Nastaveneacute hodnotě (13In ) naacuteležiacute proud 442A Tiacutem lze konstatovat

že vyacutesledek měřeniacute je srovnatelnyacute s hodnotami uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute

Stav proudoveacuteho podtiacuteženiacute nedostatečneacuteho proudoveacuteho zatiacuteženiacute použiacutevanyacute zejmeacutena u čerpadel

je simulovaacuten pomociacute dynamometru kdy je nastavenaacute hodnota poklesu aktuaacutelniacuteho proudu na

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 58

085In a čas odpojeniacute od siacutetě na 10s Po roztočeniacute a zatiacuteženiacute motoru na hodnotu jmenoviteacuteho

proudu jsou pomociacute dynamometru zvyšovaacuteny otaacutečky motoru n Tento proces maacute za naacutesledek

snižovaacuteniacute aktuaacutelniacuteho proteacutekaneacuteho proudu I kdy motor ztraacuteciacute zatiacuteženiacute Nastaveneacute hodnotě

podtiacuteženiacute odpoviacutedaacute aktuaacutelniacute proud 289A Při dosaženiacute teacuteto uacuterovně je spuštěn odpočet a motor za

10s odpojen

67 Vyhodnoceniacute a zaacutevěr

Vyacutesledkem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute technologiiacute pro diagnostiku

veličin při chodu trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru Při demonstračniacute simulaci ochran byly

dosaženy naacutesledujiacuteciacute vyacutesledky PTC ochrana vybavuje při hodnotě odporu 341kΩ Tato hodnota

odpoviacutedaacute teplotě ϑg = 136degC odečteneacute z grafu Vypočtenaacute teplota ϑ = 13626degC Vyacuterobce uvaacutediacute

zapůsobeniacute ochrany při hodnotě odporu v rozsahu 34-38kΩ Zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů L2 a

L3 proběhla okamžitaacute blokace spuštěniacute motoru Faacutezovaacute nesymetrie vybavila při poklesu napětiacute o

5 Ztraacutetou napaacutejeciacute faacuteze proběhlo odpojeniacute motoru v čase t = 15s Čas odpojeniacute odpoviacutedaacute třiacutedě

přetiacuteženiacute 5E kteraacute je nastavena

Při testu za použitiacute dynamometru bylo zjištěno že při zablokovaneacutem rotoru motoru zapůsobil

kontroleacuter při nastaveneacutem přetiacuteženiacute 3In Teacuteto hodnotě naacuteležiacute proud 102A Jelikož je nastavena

třiacuteda přetiacuteženiacute 5E ktereacute naacuteležiacute interval 15s a poteacute odpojeniacute motoru tak během tohoto okamžiku

vzrostla hodnota proudu na 1978A což odpoviacutedaacute 582In Při proudoveacutem přetiacuteženiacute odpoviacutedaly

vyacutesledky měřeniacute nastaveneacute hodnotě přetiacuteženiacute 13In Ve stavu proudoveacuteho podtiacuteženiacute zapůsobila

ochrana spraacutevně dle nastaveneacuteho poklesu proudu na 085In

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 6: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

Prohlaacutešeniacute

Prohlašuji že svou bakalaacuteřskou praacuteci na teacutema Školiacuteciacute přiacutepravek pro motorovyacute kontroleacuter

UMC100 jsem vypracoval samostatně pod vedeniacutem vedouciacuteho bakalaacuteřskeacute praacutece a s použitiacutem

odborneacute literatury a dalšiacutech informačniacutech zdrojů ktereacute jsou všechny citovaacuteny v praacuteci a uvedeny

v seznamu literatury na konci praacutece

Jako autor uvedeneacute bakalaacuteřskeacute praacutece daacutele prohlašuji že v souvislosti s vytvořeniacutem teacuteto

bakalaacuteřskeacute praacutece jsem neporušil autorskaacute praacuteva třetiacutech osob zejmeacutena jsem nezasaacutehl

nedovolenyacutem způsobem do ciziacutech autorskyacutech praacutev osobnostniacutech a jsem si plně vědom naacutesledků

porušeniacute ustanoveniacute sect 11 a naacutesledujiacuteciacutech autorskeacuteho zaacutekona č 1212000 Sb včetně možnyacutech

trestněpraacutevniacutech důsledků vyplyacutevajiacuteciacutech z ustanoveniacute sect 152 trestniacuteho zaacutekona č 1401961 Sb

V Brně dne helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Podpis autora helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

Poděkovaacuteniacute

Děkuji vedouciacutemu bakalaacuteřskeacute praacutece Ing Petru Dohnalovi PhD za uacutečinnou metodickou

pedagogickou a odbornou pomoc a dalšiacute cenneacute rady při zpracovaacuteniacute meacute bakalaacuteřskeacute praacutece Dalšiacute

poděkovaacuteniacute směřuji k Ing Rostislavu Huzliacutekovi za odbornou pomoc při řešeniacute v oblasti

elektrickyacutech pohonů a Ing Vladimiacuteru Horychovi ze společnosti ABB sro za poskytnuteacute

podklady a odborneacute rady

V Brně dne helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Podpis autora helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 7

OBSAH

SEZNAM OBRAacuteZKŮ 9

SEZNAM TABULEK 11

SEZNAM SYMBOLŮ A ZKRATEK 12

UacuteVOD 14

MOTOROVYacute KONTROLEacuteR 15 1

11 UNIVERZAacuteLNIacute MOTOROVYacute KONTROLEacuteR UMC100-FBP 15

12 INSTALACE 16

TECHNICKEacute VYBAVENIacute UMC100-FBP 17 2

21 KOMPAKTNIacute ZAacuteKLADNIacute JEDNOTKA 17

211 STAVEBNIacute BLOKY 18

22 OVLAacuteDACIacute PANEL UMC100-PAN 19

23 NAPĚŤOVYacute A ROZŠIŘOVACIacute MODUL 20

231 NASTAVENIacute KOMUNIKACE 20

232 VI15X- FBP 20

233 DX111-FBP 22

234 DX122-FBP 22

24 PROUDOVYacute MĚŘIacuteCIacute TRANSFORMAacuteTOR 24

241 EXTERNIacute PROUDOVYacute TRANSFORMAacuteTOR CTS 25

25 MONITOROVACIacute ZAŘIacuteZENIacute ZEMNIacuteHO SPOJENIacute CEM11-FBP 28

26 NAPAacuteJECIacute ZDROJ 29

27 KOMUNIKAČNIacute MODUL MTQ22-FBP 30

OCHRANNEacute FUNKCE 31 3

31 OCHRANA PŘI TEPELNEacuteM PŘETIacuteŽENIacute 31

311 URČENIacute TEPLOTY VINUTIacute A VYPIacuteNACIacute TŘIacuteDY 32

32 OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU 34

33 OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute 35

34 OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute 35

341 ČINNYacute PŘIacuteKON A UacuteČINIacuteK 37

35 OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII 39

36 OCHRANA SLEDU FAacuteZIacute 39

37 OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE 39

38 PTC OCHRANA 39

381 TERMISTOR 39

382 PRINCIP PTC OCHRANY V UMC 40

39 OCHRANA PŘI ZEMNIacuteM SPOJENIacute 40

DEMONSTRAČNIacute PŘIacutePRAVEK 41 4

41 NAacuteVRH PŘIacutePRAVKU 41

42 SCHEacuteMA ZAPOJENIacute PŘIacutePRAVKU 44

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 8

43 VYacuteSLEDNYacute PŘIacutePRAVEK 45

44 DEMONSTRAČNIacute KUFR PRO ABB 46

SIMULACE OCHRAN 48 5

51 OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII 48

52 OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE 48

53 OCHRANA SLEDU FAacuteZIacute 48

54 PTC OCHRANA 48

LABORATORNIacute UacuteLOHA 50 6

61 UNIVERZAacuteLNIacute MOTOROVYacute KONTROLEacuteR UMC100 50

62 BLOKOVEacute SCHEacuteMA ZAPOJENIacute UacuteLOHY A SCHEacuteMA ZAPOJENIacute PANELU 52

63 POPIS SCHEacuteMATU ZAPOJENIacute LABORATORNIacute UacuteLOHY 54

64 PRACOVNIacute POSTUP 55

65 MĚŘENIacute 55

66 DEMONSTRACE OCHRAN PŘI POUŽITIacute DYNAMOMETRU 57

67 VYHODNOCENIacute A ZAacuteVĚR 58

ZAacuteVĚR 59 7

LITERATURA 60

PŘIacuteLOHY 61

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 9

SEZNAM OBRAacuteZKŮ Obr 11 Instalace UMC100-FBP na DIN lištu 16

Obr 21 Vnějšiacute popis UMC100-FBP a s připojenyacutem UMC100-PAN 17

Obr 22 Zaacutekladniacute blokoveacute scheacutema UMC100-FBP a tok dat mezi hlavniacutemi čaacutestmi zařiacutezeniacute 18

Obr 23 Popis UMC100-PAN 19

Obr 24 Struktura napěťoveacuteho modulu VI150 21

Obr 25 Vnějšiacute popis modulu VI150 pro UMC100-FBP 21

Obr 26 Vnějšiacute popis IO modulu DX122-FBP pro UMC100-FBP 23

Obr 27 Magnetizačniacute charakteristika feromagnetickeacuteho materiaacutelu 24

Obr 28 Měřiacuteciacute transformaacutetor proudu 24

Obr 29 Konstrukce CT4L185R4 a CT4L310R4 26

Obr 210 Konstrukce CT5L500R4 a CT5L850R4 26

Obr 211 UMC100-FBP s CT a VI150 26

Obr 212 Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů proudu 27

Obr 213 Zapojeniacute CEM11-FBP do obvodu 28

Obr 214 Zatěžovaciacute charakteristika zdroje CP-D 2413 29

Obr 215 Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A 29

Obr 216 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP 30

Obr 31 Vypiacutenaciacute třiacutedy pro UMC100-FBP 33

Obr 32 Obvodovyacute model asynchronniacuteho motoru pro jednu faacutezi statoroveacuteho vinutiacute ndash nakraacutetko 34

Obr 33 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu přetiacuteženiacute 35

Obr 34 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute 36

Obr 35 Blokoveacute scheacutema ochrany proti proudoveacutemu podtiacuteženiacute 37

Obr 36 Charakteristiky asynchronniacuteho motoru při zatiacuteženiacute 38

Obr 37 Graf zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti P2 38

Obr 38 Zaacutevislost odporu termistoru na teplotě 40

Obr 41 Nosnaacute konstrukce 41

Obr 42 Naacutevrh plechu panelu 42

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent 43

Obr 44 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho přiacutepravku 44

Obr 45 Demonstračniacute přiacutepravek 45

Obr 46 Zadniacute pohled 45

Obr 47 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho kufru 47

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 10

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany 49

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu 49

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy 52

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu 53

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha 54

Obr 64 Štiacutetek motoru 54

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru 56

Obr 01 Plech 61

Obr 02 Kryciacute panel kurfu 62

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 63

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 11

SEZNAM TABULEK Tab 21 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX111-FBP 22

Tab 22 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX122-FBP 22

Tab 23 Typy externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů s měřenyacutem rozsahem proudu 25

Tab 24 Rozměry vyraacuteběnyacutech CEM11-FBPs udaacutevanyacutemi hodnotami svodovyacutech proudů 28

Tab 31 Ochranneacute funkce 31

Tab 32 Třiacutedy přetiacuteženiacute a čas odpojeniacute 31

Tab 33 Princip funkce logickeacuteho hradla AND 37

Tab 41 Seznam použityacutech komponent 41

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty 55

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru 57

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute 63

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 12

SEZNAM SYMBOLŮ A ZKRATEK

Zkratka Symbol Vyacuteznam Jednotka

AC Střiacutedavyacute proud (napětiacute) [A (V)]

B Magnetickaacute indukce [T]

cos φ Uacutečiniacutek [-]

DC Stejnosměrnyacute proud (napětiacute) [A (V)]

DTM Device Type Manager

FBP FieldBusPlug

H Intenzita magnetickeacuteho pole [Am]

I Aktuaacutelniacute hodnota proudu [A]

I1z Zaacuteběrnyacute proud [A]

If Procentuaacutelniacute poměr proudu []

Imax Maximaacutelniacute hodnota proudu [A]

Imin Minimaacutelniacute hodnota proudu [A]

In Jmenovityacute proud [A]

Iodp Hodnota proudu při odpojeniacute []

Ivar Varovnaacute hodnota proudu []

Ix Konec startu motoru []

Mz Zatěžovaciacute moment [Nm]

n Otaacutečky motoru [otmin]

nn Jmenoviteacute otaacutečky [otmin]

P Činnyacute vyacutekon [W]

P1 Činnyacute přiacutekon [W]

P2 Mechanickyacute vyacutekon na hřiacutedeli [W]

Pn Jmenovityacute vyacutekon [W]

Q1 Jalovyacute přiacutekon [var]

R Elektrickyacute odpor [Ω]

Rlsquo2s Celkovyacute činnyacute odpor rotoru [Ω]

R1 Odpor statoroveacuteho vinutiacute [Ω]

RFe Činnyacute odpor magnetickeacuteho obvodu [Ω]

s Skluz [-]

to Doba rozběhu [s]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 13

todp Zpožděniacute odpojeniacute [s]

TOL Thermal Overload Protection

TTC Time To Cool [s]

TTT Time To Trip [s]

tvar Zpožděniacute varovaacuteniacute [s]

U1 Vstupniacute napětiacute [V]

UMC Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter

Un Jmenoviteacute napětiacute [V]

Xrsquor20 Reaktance zabržděneacuteho rotoru [Ω]

Xm Reaktance magnetickeacuteho obvodu [Ω]

Xr1 Reaktance statoroveacuteho vinutiacute [Ω]

Φ Magnetickyacute tok [Wb]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 14

UacuteVOD

Bakalaacuteřskaacute praacutece je založena na naacutevrhu a vyacuterobě demonstračniacuteho přiacutepravku pro motorovyacute

kontroleacuter UMC100-FBP Tento přiacutepravek posloužiacute pro laboratorniacute uacutelohu v předmětu Elektrickeacute

přiacutestroje a takeacute jako prezentačniacute aparaacutet UMC100-FBP a rozšiřovaciacutech modulů pro společnost

ABB sro Finaacutelniacute zařiacutezeniacute je realizovaacuteno pro chod ochranu a diagnostiku trojfaacutezoveacuteho

asynchronniacuteho motoru Praacutece je rozdělena do několika hlavniacutech čaacutestiacute Nejprve je přibliacuteženo

UMC100-FBP Tato čaacutest všeobecně sloužiacute pro seznaacutemeniacute se s motorovyacutem kontroleacuterem jeho

zevnějškem a možnostmi Praacutece je daacutele rozšiacuteřena o přiacutedavneacute rozšiřovaciacute moduly ktereacute lze v praxi

použiacutet společně s UMC100-FBP Uvedeny jsou i informace o připojitelneacutem ovlaacutedaciacutem LCD

panelu UMC100-PAN Kapitola č3 přibliacutežiacute ochranneacute funkce nabiacutezeneacute kontroleacuterem V dalšiacute čaacutesti

je obsažen naacutevrh aparatury pro demonstraci UMC100 a jeho funkciacute podrobneacute scheacutema zapojeniacute

tohoto přiacutepravku a samotnou laboratorniacute uacutelohu na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter

UMC100

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 15

MOTOROVYacute KONTROLEacuteR 1

Efektivniacute využiacutevaacuteniacute energie v průmyslu je důležiteacute Z praxe bylo zjištěno že viacutece jak 40

elektrickeacute energie vyrobeneacute na zemi je spotřebovaacutevaacuteno praacutevě v průmyslovyacutech odvětviacutech a z toho

až 65 je spotřebovaacutevaacuteno elektrickyacutemi motory Jak již samotnyacute naacutezev napoviacutedaacute jednaacute se o

zařiacutezeniacute určeneacute předevšiacutem pro hliacutedaacuteniacute chodu asynchronniacuteho motoru Hlavniacute funkciacute motoroveacuteho

kontroleacuteru je diagnostika veličin se kteryacutemi motor pracuje Vyacutesledkem operace byacutevaacute sled

informaciacute ktereacute jsou předaacutevaacuteny obsluze nebo dispečinku Data o zkoumaneacutem motoru je možneacute

ziacuteskat buď formou integrovaneacuteho popř připojitelneacuteho zobrazovaciacuteho prvku nebo

prostřednictviacutem konektoru kteryacute komunikuje pomociacute datoveacute sběrnice s počiacutetačem V obou

přiacutepadech jsou obsluze poskytovaacutena rozsaacutehlaacute provozniacute servisniacute a diagnostickaacute data motoru

Takto ziacuteskaneacute informace umožňujiacute obsluze odhalovat chyby omezit je nebo jim dokonce

v budoucnu zabraacutenit a tiacutem i předejiacutet možneacutemu poškozeniacute motoru resp neplaacutenovaneacutemu vyacutepadku

vyacuteroby[13]

11 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP

Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP (daacutele jen UMC100) společnosti ABB sro je

zařiacutezeniacute použiacutevaneacute pro řiacutezeniacute ochranu a sledovaacuteniacute chodu trojfaacutezovyacutech asynchronniacutech motorů

UMC100-FBP je naacutestupcem staršiacuteho modelu řiacutediacuteciacute jednotky UMC22-FBP kteraacute se ve světě

využiacutevaacute v mnoha projektech Nejčastějšiacute průmyslovaacute odvětviacute použiacutevajiacuteciacute UMC22 i UMC100 jsou

např

rafinerie

technickeacute vybaveniacute elektraacuteren

těžba nerostnyacutech surovin

chemickyacute průmysl

papiacuterny

ocelaacuterny

potravinaacuteřstviacute a vyacuteroba naacutepojů

Jako naacutestupce staršiacuteho typu kontroleacuteru se použiacutevaacute již zmiacuteněnaacute UMC100 kteraacute od ochrany a

řiacutezeniacute motoru nabiacuteziacute i detekci vyacutepadku napaacutejeciacute faacuteze motoru nastavitelnou ochranu během

rozběhu nebo normaacutelniacutem provozu a mnoho dalšiacutech funkciacute ktereacute budou daacutele zmiacuteněny Použitiacute

UMC100 je diacuteky sveacute velikosti programovatelnosti a integrovaneacutemu měřiacuteciacutemu systeacutemu vhodneacute

pro modernizaci zastaralyacutech rozvaacuteděčů v již zaběhlyacutech provozech

Oficiaacutelniacute naacutezev kontroleacuteru obsahuje přiacuteponu FBP UMC100 je vybaven komunikačniacutem

rozhraniacutem pro připojeniacute do různyacutech průmyslovyacutech sběrnic siacutetiacute jako je PROFIBUS DP

DeviceNet MODBUS a CANopen To vše pomociacute skupiny produktů FieldBusPlug UMC100 je

takeacute ovšem možneacute použiacutet jako samostatneacute zařiacutezeniacute bez připojeniacute řiacutediacuteciacute sběrnice Změřeneacute

veličiny při chodu motoru (napětiacute proudhellip) jsou zpracovaacutevaacuteny v řiacutediciacutem systeacutemu samotneacuteho

kontroleacuteru kde jsou okamžitě vyhodnocovaacuteny Tato schopnost pomaacutehaacute k rychleacute detekci poruchy

a k zajištěniacute dopadů na ostatniacute zařiacutezeniacute v diagnostikovaneacute soustavě Daacutele napomaacutehaacute k řešeniacute

vhodnyacutech opatřeniacute pro přiacutepad dalšiacutech negativniacutech jevů a přiacutepadnyacutech vaacutežnyacutech poruch

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 16

12 Instalace

Samotnyacute koncept uzpůsobenyacute pro tyto aplikace naacutem zapřiacutečiňuje zkraacuteceniacute uacutesiliacute a naacutemahy při

zdlouhaveacutem vodičoveacutem propojeniacute v rozvaacuteděči jelikož veškereacute požadovaneacute ochranneacute

monitorovaciacute a řiacutediacuteciacute funkce jsou integrovaacuteny do jedineacuteho modulaacuterniacuteho zařiacutezeniacute UMC100 je

možneacute diacuteky kompaktniacutemu provedeniacute veškeryacutech jeho komponent jednoduše umiacutestit do stiacutesněnyacutech

prostor vyacutesuvnyacutech rozvaacuteděčů nebo do již použiacutevanyacutech staršiacutech zařiacutezeniacute Jednaacute se o zařiacutezeniacute a

provozy kteraacute prochaacuteziacute modernizaciacute a vyžadujiacute použitiacute noveacute technologie provozu a obohaceniacute o

noveacute způsoby řiacutezeniacute a ochran motorů od zastaralyacutech a vysloužilyacutech elektromagnetickyacutech releacute

Moderniacute motoroveacute kontroleacutery se ovšem nepoužiacutevajiacute pouze pro renovace a modernizace staršiacutech

provozů ale je samozřejmostiacute že noveacute společnosti s vysokyacutem počtem až tisiacutecem motorů saacutehnou

po technologicky vyspěleacutem ochranneacutem a monitorovaciacutem zařiacutezeniacute pro trojfaacutezoveacute asynchronniacute

motory

Montaacutež zařiacutezeniacute do rozvaacuteděče je velice jednoduchaacute Postačiacute pouze všeobecně použiacutevanaacute DIN

lišta (EN50022-35) na kterou se kontroleacuter zasadiacute nebo je možneacute upevněniacute 4 šrouby M4

Demonstrativniacute zasazeniacute na DIN lištu je předvedeno na Obr 11

Obr 11 Instalace UMC100-FBP na DIN lištu[1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 17

TECHNICKEacute VYBAVENIacute UMC100-FBP 2

21 Kompaktniacute zaacutekladniacute jednotka

Zaacutekladniacute jednotka kontroleacuteru obsahuje nejdůležitějšiacute čaacutesti jako je integrovanyacute měřiciacute systeacutem

a 2 seacuterie svorek Tyto svorky tvořiacute vstupy a vyacutestupy kontroleacuteru Jsou tvořeny 6 digitaacutelniacutemi vstupy

24V DC (spodniacute svorky) 1 integrovanyacute vstupem pro připojeniacute PTC termistoru a 4 vyacutestupy (horniacute

svorky) Tyto vyacutestupy tvořiacute 3 vyacutestupniacute releacute a 1 digitaacutelniacute tranzistorovyacute vyacutestup UMC100 takeacute

disponuje třemi LED pro signalizaci stavu technickeacuteho vybaveniacute Umožňuje tedy provoz bez

použitiacute sběrnicoveacuteho systeacutemu a daacutelkoveacute přiřazeniacute parametrů přes řiacutediciacute systeacutem Na Obr 21 je

patrneacute použitiacute konektoru M12

[2]

Obr 21 Vnějšiacute popis UMC100-FBP a s připojenyacutem UMC100-PAN

1 upevňovaciacute očka pro montaacutež 4 šrouby M4 Očka je možneacute odlomit pokud bude zařiacutezeniacute

připevněno na DIN lištu

2 konektory pro připojeniacute odporoveacuteho PTC sniacutemače

3 připojovaciacute svorky pro komunikaci s IO moduly

4 zaacutestrčka M12 pro připojeniacute konektoru FieldBusPlug

5 3 stavoveacute LED kontrolky

zelenaacute ndash motor připraven

žlutaacute ndash motor je v provozu

červenaacute ndash přetiacuteženiacute nebo porucha motoru (hlaacutešeniacute chyby)

6 připojovaciacute svorky pro releacuteoveacute vyacutestupy

(šrouby nepoužiacutevanyacutech svorek musiacute byacutet dotaženy pro zajištěniacute ochrany proti naacutehodneacutemu

vyšroubovaacuteniacute a naacutesledneacutemu kontaktu)

7 konektor pro připojeniacute ovlaacutedaciacuteho LCD panelu Control Panel UMC100-PAN

8 prvniacute dvě svorky sloužiacute pro napaacutejeciacute napětiacute 24V DC 24VDC vyacutestup a DI0 až DI0 jsou

připojovaciacute svorky pro digitaacutelniacute vyacutestupy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 18

9 znaacutezorněnaacute draacuteha proudu pro napaacutejeniacute motoru vodiči o průměru až 11mm což odpoviacutedaacute

průřezu vodiče až 25mm2

211 Stavebniacute bloky

Naacutesledujiacuteciacute scheacutema demonstruje hlavniacute funkčniacute bloky UMC100 a tok dat mezi nimi Obr 22

Hlavniacute blok (Protection) obsahuje prvky souvisejiacuteciacute s ochrannyacutemi prvky Motorovaacute ochrana maacute

vždy vyššiacute prioritu než spiacutenaacuteniacute releacuteovyacutech vyacutestupů Ochrana působiacute přiacutemo na vyacutestup releacute a může

motor zastavit Pokud selže některaacute čaacutest HW zařiacutezeniacute kontrola Hardware Supervision otevře

releacuteoveacute vyacutestupy z bezpečnostniacutech důvodů automaticky Hardware Supervision neniacute možneacute

vyřadit

Měřeniacute proudu poskytuje informace o aktuaacutelniacutem proteacutekajiacuteciacutem proudu motorem kdy zařiacutezeniacute

měřiacute proud v jednotlivyacutech faacuteziacutech a vypočte středniacute hodnotu Naacutestupce původniacuteho kontroleacuteru

UMC22 použiacutevaacute aktuaacutelniacute informace o proudu a takeacute počiacutetaacute odpoviacutedajiacuteciacute teplotu motoru pomociacute

tepelneacuteho modelu Na určiteacute definovaneacute uacuterovni skutečneacute nebo vypočiacutetaneacute teploty dojde k vypnutiacute

motoru z důvodu přetiacuteženiacute

PTC input - tento vstup sloužiacute pro připojeniacute PTC termistoru pro měřeniacute skutečneacute teploty

vinutiacute motoru

Blok (Motor control) obsahuje množstviacute řiacutediacuteciacutech funkciacute Veškereacute přiacutechoziacute přiacutekazy z hlavniacuteho

panelu z digitaacutelniacutech vstupů nebo z FBP rozhraniacute jsou seřazeny a podle nastaveniacute uživatele jsou

poteacute zpracovaacutevaacuteny Blok Starter function řiacutediacute releacuteoveacute vyacutestupy Všechny bloky pracujiacute v logickeacutem

sledu Obvykle majiacute předem definovaneacute aplikace ktereacute budou provaacutedět UMC100 ovšem nabiacuteziacute i

vytvaacuteřeniacute vlastniacutech aplikaciacute [1]

Obr 22 Zaacutekladniacute blokoveacute scheacutema UMC100-FBP a tok dat mezi hlavniacutemi čaacutestmi zařiacutezeniacute [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 19

22 Ovlaacutedaciacute panel UMC100-PAN

UMC100-PAN je LCD panel kteryacutem lze rozšiacuteřit UMC100 o zobrazovaciacute prvek Tento prvek

připojiacuteme na UMC (Obr 21 7 -Konektor pro připojeniacute ovlaacutedaciacuteho LCD panelu Control Panel

UMC100-PAN) Zmiacuteněnyacute typ LCD je možneacute připojit pouze na UMC100 jelikož neniacute

kompatibilniacute se staršiacutem typem UMC22 LCD je předevšiacutem určen pro montaacutež na čelniacutem panelu

nebo na rozvaděči Ovlaacutedaciacute panel sloužiacute k lokaacutelniacutemu zobrazeniacute všech dat Poruchy (errors) a

vyacutestrahy jsou zobrazovaacuteny v nezakoacutedovaneacute podobě Externiacute zaacutevada může byacutet doplněna

individuaacutelniacutem textem např Phase loss Veškereacute parametry je možneacute nastavovat měnit a dle

potřeby chraacutenit přiacutestupovyacutem heslem

Panel sloužiacute pro zobrazeniacute veškeryacutech uacutedajů o obvodu jako např

proud prochaacutezejiacuteciacute motorem (možneacute absolutniacute zobrazeniacute v A nebo relativniacute v )

napětiacute na jednotlivyacutech faacuteziacutech L1-L3 (při použitiacute VI150(5))

aktuaacutelniacute uacutedaje o sepnutyacutech vstupech a vyacutestupech

způsob zapojeniacute motoru-přiacutemyacute chod reverzniacute chodhellip

Při vyacuteskytu přetiacuteženiacute dojde k vybaveniacute ochrany Na LCD je možneacute sledovat časovyacute odpočet

kteryacute zbyacutevaacute do dalšiacuteho možneacuteho uvedeniacute motoru do chodu po vychladnutiacute Po uplynutiacute tohoto

časoveacuteho uacuteseku může byacutet motor opět spuštěn [1]

Obr 23 Popis UMC100-PAN

1 3 stavoveacute LED

zelenaacute ndash zařiacutezeniacute připraveno

žlutaacute ndash zařiacutezeniacute v chodu

červenaacute ndash hlaacutešeniacute poruchy

2 podsviacutecenyacute LCD display

3 vstup do menu ovlaacutedaacuteniacute (Enter Control Menu)

4 vstup do menu nastaveniacute (Enter Configuration Menu)

5 posun nahoru

6 stop motoru

7 posun dolů

8 start motoru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 20

23 Napěťovyacute a rozšiřovaciacute modul

Napěťovyacute VI15x a rozšiřovaciacute (vstupně vyacutestupniacute) modul DX1xx sloužiacute pro možneacute rozšiacuteřeniacute

UMC o dalšiacute vstupy a vyacutestupy v přiacutepadě modulu DX a o měřeniacute napětiacute pomociacute modulu VI

231 Nastaveniacute komunikace

Při použitiacute rozšiřovaciacutech modulů je nejprve nutno pomociacute UMC100-PAN nastavit jejich

připojeniacute Nastaveniacute a uvedeniacute do chodu je provedeno naacutesledujiacuteciacutem způsobem

V hlavniacutem menu (ovlaacutedaacuteniacute pomociacute LCD) vybereme položku IO modules a volbu potvrdiacuteme

přiacuteslušnyacutem tlačiacutetkem Tlačiacutetky Nahoru nebo Dolů vybereme požadovanyacute modul kteryacute chceme

propojit s kontroleacuterem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on [1]

Nastaveniacutem na bdquoonldquo uvedeme moduly do provozu Funkce napěťoveacuteho modulu (VI15x) je

ověřitelnaacute jednoduchyacutem způsobem Pokud nejsou připojeny napaacutejeciacute faacuteze na svorky L1L2 a L3

modulu zařiacutezeniacute hlaacutesiacute chybu z důvodu ochrany při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze [4] [5]

232 VI15x- FBP

VI15x je přiacutedavnyacute napěťovyacute modul sloužiacuteciacute pro měřeniacute sdruženeacuteho popř faacutezoveacuteho napětiacute

motoru Z hodnot proudu měřenyacutech UMC a napětiacute pomociacute VI15x je možno vyhodnotit faacutezovyacute

posuv mezi napětiacutem a proudem Naměřeneacute hodnoty putujiacute skrze komunikačniacute kanaacutel směrem k

UMC100 K propojeniacute s UMC100 sloužiacute piny s označeniacutem Ca a Cb Daacutele modul obsahuje svorky

pro připojeniacute jednotlivyacutech faacutezovyacutech vodičů L1L2 a L3 Pro spraacutevnyacute sled faacuteziacute a jeho detekci musiacute

byacutet dodrženo spraacutevneacute zapojeniacute vzhledem k proudům měřenyacutem v UMC VI150 sloužiacute pro

připojeniacute pouze do uzemněneacute soustavy ( TN-C nebo TN-S) Modul VI155 lze naopak použiacutet jak

pro uzemněneacute soustavy (TN) tak i pro neuzemněneacute (IT) Oba typy sloužiacute k upevněniacute na DIN

lištu [1] [3]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 21

2321 Vnitřniacute struktura VI150-FBP

Obraacutezek přibližuje vnitřniacute strukturu použiteacuteho napěťoveacuteho modulu VI150

Obr 24 Struktura napěťoveacuteho modulu VI150 [3]

Obr 25 Vnějšiacute popis modulu VI150 pro UMC100-FBP

1 konektory pro komunikaci s UMC100 a pro komunikaci s rozšiřovaciacutemi moduly DX111-

FBP a DX122-FBP

2 napěťoveacute vstupy

3 releacuteovyacute vyacutestup

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 22

4 svorky pro připojeniacute napaacutejeciacuteho napětiacute 24VDC

5 3 stavoveacute LED

zelenaacute - zařiacutezeniacute připraveno

žlutaacute - varovaacuteniacute

červenaacute - porucha zařiacutezeniacute

6 popisovyacute štiacutetek

233 DX111-FBP

Modulaacuterniacute zařiacutezeniacute umožňujiacuteciacute rozšiacuteřeniacute UMC100 o dalšiacute pomocneacute vstupy a vyacutestupy

použitelneacute pro různaacute hlaacutešeniacute a vyacutestrahy Digitaacutelniacute vstupy jsou potenciaacuteloveacute s napětiacutem 24V DC

Proto je nutneacute pro ovlaacutedaciacute obvody dodržet napětiacute 24V DC nebo bezpotenciaacuteloveacute kontakty (tj

releacute) připojeneacute ze svorky +24V

Rozšiřovaciacute modul DX111-FBP nabiacuteziacute množstviacute vstupů a vyacutestupů uvedenyacutech v (Tab 21)

Vstupy 8 digitaacutelniacutech vstupů 24V DC

Vyacutestupy 4 releacuteoveacute vyacutestupy

1 analogovyacute vyacutestup

Vstupniacute napětiacute 24V DC

Vstupniacute proud 60 mA

Logickaacute 0 -312hellip+5V DC

helliphelliphelliphellipcv1 +15hellip+312V DC

Tab 21 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX111-FBP [1]

234 DX122-FBP

Multifunkčniacute modul DX122-FBP maacute srovnatelneacute vlastnosti jako předešlaacute DX111 ovšem

rozdiacutel je v tom že DX122 nabiacuteziacute osm digitaacutelniacutech vstupů pro napětiacute 110V až 230V AC

Vstupy 8 digitaacutelniacutech vstupů 110-230V AC

Vyacutestupy 4 releacuteoveacute vyacutestupy

1 analogovyacute vyacutestup

Vstupniacute napětiacute 110V AChellip 240V AC

Vstupniacute proud 60 mA

Logickaacute 0 0hellip 40V AC

helliphelliphelliphelliphellip 1 74hellip 265V AC

Tab 22 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX122-FBP [1]

Pomocnyacute rozšiřovaciacute modul se k UMC100 připojiacute na svorky Ca a Cb patrneacute na (Obr 21)

Připojeniacute lze proveacutest prostou kroucenou dvoulinkou Vzhledem k omezenyacutem prostoraacutem

rozvaacuteděčů kam je UMC100 instalovaacuteno je možneacute připojit rozšiřovaciacute modul odděleně od

kontroleacuteru a to až do vzdaacutelenosti maximaacutelniacute deacutelky 3m [1] [5]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 23

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezek (Obr 26) opět popisuje svorky a monitorovaciacute prvky DX122

Obr 26 Vnějšiacute popis IO modulu DX122-FBP pro UMC100-FBP

1 releacuteoveacute vyacutestupy (čaacutest 1)

2 releacuteoveacute vyacutestupy (čaacutest 2)

3 analogovyacute vyacutestup

4 komunikačniacute port s UMC

5 popisovyacute štiacutetek

6 digitaacutelniacute vstupy (110V AC- 230V AC)

7 3 stavoveacute LED

zelenaacute ndash zařiacutezeniacute v provozu

žlutaacute ndash vyacutestraha

červenaacute ndash porucha modulu

8 svorky pro napaacutejeniacute 24 V DC

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 24

24 Proudovyacute měřiacuteciacute transformaacutetor

Proudoveacute měřiacuteciacute transformaacutetory sloužiacute pro měřeniacute většiacutech hodnot střiacutedavyacutech proudů než je

dovoleno měřiacuteciacutem přiacutestrojem a takeacute ke galvanickeacutemu odděleniacute vedeniacute od měřiacuteciacuteho přiacutestroje

Funkce je založena na principu elektromagnetickeacute indukce Primaacuterniacute vinutiacute je tvořeno silovyacutem

vodičem měřeneacuteho vedeniacute Průchodem proudu primaacuterniacutem vedeniacutem se v magnetickeacutem obvodu

(jaacutedru) vytvaacuteřiacute magnetickyacute tok Φ a na zaacutekladě Faradayova zaacutekona elektromagnetickeacute indukce se

v sekundaacuterniacutem vinutiacute indukuje napětiacute Na sekundaacuterniacute vinutiacute je připojena měřiacuteciacute soustava

Obr 27 Magnetizačniacute charakteristika feromagnetickeacuteho materiaacutelu

Z průběhu magnetizačniacute charakteristiky feromagnetickeacuteho materiaacutelu (zaacutevislosti magnetickeacute

indukce na intenzitě magnetickeacuteho pole ) je patrnyacute stav kdy dojde k nasyceniacute magnetickeacuteho

obvodu transformaacutetoru Při nasyceniacute dochaacuteziacute ke změně vlastnostiacute feromagnetickeacuteho materiaacutelu

a křivka se od lineaacuterniacuteho průběhu odklaacuteniacute (tzv koleno magnetizačniacute křivky)

Obr 28 Měřiacuteciacute transformaacutetor proudu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 25

241 Externiacute proudovyacute transformaacutetor CTs

Externiacute přiacutestrojovyacute transformaacutetor proudu (daacutele jen PTP) se použiacutevaacute v přiacutepadě je-li jmenovityacute

proud motoru vyššiacute než 63A tzn sloužiacute k přizpůsobeniacute proudoveacuteho rozsahu na hodnotu kterou

je schopno UMC změřit UMC100 je schopneacute pracovat pomociacute sveacuteho vnitřniacuteho transformaacutetoru

proudu s proudem 024A až 63A Použitiacutem externiacuteho proudoveacuteho transformaacutetoru je možneacute měřit

až do hodnoty 850A PTP k UMC100 majiacute převod 1854 3104 5004 a 8504 Sekundaacuterniacutemu

vinutiacute odpoviacutedajiacute 4A což uvaacutediacute popis jednotlivyacutech typů proudovyacutech transformaacutetorů uvedenyacutech v

Tab 23 (čiacuteslo uvedeneacute za lomiacutetkem) např CTxLxxxR4 PTP maacute definovanou třiacutedu přesnosti

3 v celeacutem rozsahu měřeneacuteho proudu K nasyceniacute magnetickeacuteho obvodu transformaacutetoru dochaacuteziacute

přibližně při osminaacutesobku jmenoviteacuteho proudu In Transformaacutetor je navržen s třiacutedou přesnosti

5P10 to znamenaacute že je deklarovaacutena průměrnaacute chyba menšiacute než 5 při 10 naacutesobku jmenoviteacute

hodnoty proudu

Typ Rozsah měřeneacuteho proudu

[A] Max proud CT

[A]

CT4L185R4 60 až 185 1480

CT4L310R4 180 až 310 2480

CT5L500R4 300 až 500 4000

CT5L850R4 500 až 850 6800

Tab 23 Typy externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů s měřenyacutem rozsahem proudu [1]

Přiacuteklad zvoleniacute přiacuteslušneacuteho proudoveacuteho transformaacutetoru

Maacuteme-li asynchronniacute motor se jmenovityacutem proudem napřiacuteklad In =190 A a rozběhovyacutem proudem

pak

(241)

Podle jmenoviteacuteho proudu motoru In ležiacuteciacuteho v rozsahu měřeneacuteho proudu přiacuteslušneacuteho CT

určiacuteme typ CT Nachaacuteziacute-li se jmenovityacute proud na mezi některeacuteho z měřenyacutech rozsahů CT voliacute se

takovyacute transformaacutetor kteryacute maacute většiacute hodnotu maximaacutelniacuteho proudu než vyacuteslednyacute proud

vypočtenyacute Pro přiacutepad kdy In = 190 A je zvolenyacute typ CT4L310R4 Maximaacutelniacute proud Imax splňuje

požadavek kdy Imax lt max proud CT [1]

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezky představujiacute konstrukce externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 26

Obr 29 Konstrukce CT4L185R4 a CT4L310R4 [3]

Obr 210 Konstrukce CT5L500R4 a CT5L850R4 [3]

Zapojeniacute svorkovnice proudoveacuteho transformaacutetoru CTxLxxxR4 a propojeniacute s integrovanyacutem

proudovyacutem transformaacutetorem UMC100 Na Obr 211 je takeacute ukaacutezka zapojeniacute měřiacuteciacuteho modulu

VI150 na přiacutevodniacutech faacuteziacutech motoru a dodrženyacutem spraacutevnyacutem sledem faacutezovyacutech vodičů

Obr 211 UMC100-FBP s CT a VI150 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 27

Obecně platiacute že vyacutevody sekundaacuterniacuteho vinutiacute měřiacuteciacuteho transformaacutetoru proudu jsou buď

zapojeny na zaacutetěž nebo jsou propojeny do zkratu a jeden z vyacutevodů je uzemněn Princip je patrnyacute

z Obr 212 V praxi dochaacuteziacute k několika chybaacutem způsobenyacutech neznalostiacute problematiky Jednou

může byacutet neuzemněniacute jedneacute ze svorek sekundaacuterniacuteho vinutiacute Pak vznikaacute kapacitniacute vazba a

sekundaacuterniacute vinutiacute v nepřiacutezniveacutem přiacutepadě může vysokyacutem napětiacutem termionicky působit - jiskřit na

kostru Při delšiacutem trvaacuteniacute jiskřiveacuteho vyacuteboje v jednom miacutestě se mohou vytvořit vodiveacute cesty a dojiacutet

k průrazu izolace vodiče k nežaacutedouciacutemu potenciaacutelu [8]

Obr 212 Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů proudu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 28

25 Monitorovaciacute zařiacutezeniacute zemniacuteho spojeniacute CEM11-FBP

Monitorovaciacute zařiacutezeniacute CEM11 sloužiacute pro sledovaacuteniacute svodovyacutech proudů respektive zemniacutech

poruch způsobenyacutech nejčastěji poškozenou izolaciacute Detekovaacuteniacute takoveacuteto zemniacute poruchy vede

k odpojeniacute motoru aby nedošlo k jeho většiacutemu poškozeniacute nebo vede k upozorněniacute obsluhy

Možneacute použitiacute je jak v siacutetiacutech uzemněnyacutech tak i neuzemněnyacutech

Průvlečneacute oko je tvořeno toroidniacutem transformaacutetorem kteryacutem jsou vedeny všechny 3 faacutezoveacute

vodiče motoru Zařiacutezeniacute hliacutedaacute to aby součet faacutezorů proudů byl nulovyacute Jakmile dojde k zemniacutemu

spojeniacute tzn součet faacutezorů proudů je nenulovyacute integrovanaacute elektronika CEM11 sepne nebo

rozepne vyacutestup Vyacutestup z CEM11 pracuje jako kontakt kteryacute detekovanou hodnotou proudu

sepne nebo rozepne 24V DC jenž poteacute může byacutet připojeno jako např digitaacutelniacute vstup do UMC

Nastaveniacute zpožděniacute sepnutiacute varovaacuteniacute nebo odpojeniacute lze zvolit v UMC a to v rozsahu od 01s ndash

255s Nastaveniacute citlivosti spiacutenaacuteniacute je možneacute v několika krociacutech Poloha přepiacutenače (0-7) s toleranciacute

na pozici 0 cca plusmn30 a daacutele vždy s toleranciacute cca plusmn10

CEM11 je možneacute uložit spolu s ostatniacutemi komponenty na DIN lištu normovaneacuteho rozměru

35mm nebo pomociacute přiacutedavneacuteho klipu pro nejmenšiacute rozměr CEM11-FBP20 [1]

Průměr průvlečneacuteho

oka [mm]

Proudovyacute rozsah

[mA]

20 80 - 1700

35 100 - 3400

60 120 - 6800

120 240 - 13600

Tab 24 Rozměry vyraacuteběnyacutech CEM11-FBPs udaacutevanyacutemi hodnotami svodovyacutech proudů

Obr 213 Zapojeniacute CEM11-FBP do obvodu [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 29

26 Napaacutejeciacute zdroj

Pro napaacutejeniacute modulů UMC100 DX122 a VI150 sloužiacute zdroj typu CP-D 2413 Jednaacute se o

napaacutejeciacute zdroj kteryacute na sveacutem vyacutestupu dovoluje regulaci napětiacute 24-28V DC s toleranciacute plusmn 1

Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute je umožněna z důvodu připojeniacute modulů na dlouheacute vedeniacute kde

vznikajiacute uacutebytky napětiacute praacutevě vlivem deacutelky vedeniacute Zpravidla klesne-li na vedeniacute napětiacute od

jednoho zdroje na ktereacutem je nastaveno maximaacutelniacute vyacutestupniacute napětiacute pod minimaacutelniacute hodnotu

potřebnou pro napaacutejeniacute modulu je nutneacute použiacutet dalšiacute napaacutejeciacute zdroj Maximaacutelniacute proud zdroje je

Imax = 13A a jmenovityacute vyacutestupniacute vyacutekon 30W Tento typ zdroje je diacuteky svyacutem modulaacuterniacutem

rozměrům možneacute umiacutestit na DIN lištu (EN50022-35) [6]

Naacutesledujiacuteciacute zatěžovaciacute charakteristika znaacutezorňuje zaacutevislost svorkoveacuteho napětiacute zdroje na

odebiacuteraneacutem proudu pro teplotu T=25degC

Obr 214 Zatěžovaciacute charakteristika zdroje CP-D 2413[6]

Obr 215 Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 30

27 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

Tento modul poskytuje komunikaci pro FieldBusPlug zařiacutezeniacute jako je např UMC100

s počiacutetačem prostřednictviacutem siacutetě Ethernet K MTQ22 lze připojit až 4 zařiacutezeniacute pro uacutesporu

naacutekladů Naacutesledujiacuteciacute popis je vztažen k Obr 216 kde jsou znaacutezorněny jednotliveacute čaacutesti modulu

1 konektory s označeniacutem X1 až X4 sloužiacute pro připojeniacute až 4 zařiacutezeniacute FBP

2 LED diody pro signalizaci aktuaacutelniacuteho stavu komunikace

3 micro USB konektor s označeniacutem X5 pro připojeniacute a konfiguraci pomociacute PC

4 dvě RJ45 zaacutesuvky s označeniacutem E1 a E2 pro připojeniacute pomociacute Ethernetoveacuteho kabelu

5 konektor pro připojeniacute 24V DC napaacutejeciacuteho napětiacute nese označeniacute X6

Obr 216 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 31

OCHRANNEacute FUNKCE 3Kontroleacuter nabiacuteziacute velkeacute množstviacute ochrannyacutech funkciacute potřebnyacutech pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacuteho chodu

motoru Některeacute funkce jsou aktivniacute pouze po čaacutest běhu motoru typicky při startu motoru jineacute

po jeho rozběhu Naacutesledujiacuteciacute tabulka (Tab 31) nastiacuteniacute přehled nejdůležitějšiacutech ochran motoru a

čas kdy jsou aktivovaacuteny

Ochrannaacute funkce Aktivniacute

Při tepelneacutem přetiacuteženiacute Vždy

Při zablokovaneacutem rotoru Při startu motoru

Při proudoveacutem přetiacuteženiacute Po startu

Při proudoveacutem podtiacuteženiacute Po startu

Sled faacuteziacute Vždy

Při faacutezoveacute nesymetrii Vždy

Při ztraacutetě faacuteze Vždy

PTC ochrana Vždy

Při zemniacutem spojeniacute Vždy po spuštěniacute

Při napěťovyacutech špičkaacutech Vždy

Při harmonickeacutem zkresleniacute Vždy

Tab 31 Ochranneacute funkce [1]

Nastaveniacute parametrů jednotlivyacutech ochran probiacutehaacute pomociacute UMC100-PAN

31 Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute

UMC100 disponuje nastavitelnyacutem vypiacutenaacuteniacutem při tepelneacutem přetiacuteženiacute podle třiacuted 5E 10E 20E

30E a 40E viz Obr 31 Tyto třiacutedy uvaacutedějiacute poměr mezi aktuaacutelniacutem prochaacutezejiacuteciacutem proudem

motorem I a jmenovityacutem proudem motoru In uvedenyacutem na štiacutetku v zaacutevislosti na maximaacutelniacute době

rozběhu t

Třiacuteda 5E 10E 20E 30E 40E

t [s] 15 3 6 3 12

Tab 32 Třiacutedy přetiacuteženiacute a čas odpojeniacute

Lze hovořit o dvou typech rozběhu motoru

1 normaacutelniacute rozběh - do 10s

2 těžkyacute rozběh - viacutece jak 10s

Při rozběhu zatiacuteženeacuteho motoru se otaacutečky zvyšujiacute z nuloveacute hodnoty na jmenovitou přičemž

dochaacuteziacute k naacuterůstu proudu až na několikanaacutesobek jeho jmenoviteacute hodnoty Zpravidla u většiacutech

motorů byacutevaacute naacuterůst až 10In tudiacutež v tento bdquokritickyacuteldquo okamžik nesmiacute vybavit ochrana na tepelneacute

přetiacuteženiacute Rozběh motoru pro UMC končiacute při poklesu proudu I na hodnotu 135 proudu

jmenoviteacuteho In nebo při dosaženiacute jmenovityacutech otaacuteček nn Udaacutevaneacute časy představuje Tab 32

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 32

311 Určeniacute teploty vinutiacute a vypiacutenaciacute třiacutedy

Podle způsobu určeniacute teploty vinutiacute motoru se ochrany rozlišujiacute na proudově nezaacutevisleacute a

proudově zaacutevisleacute

Proudově nezaacutevisleacute ochrany měřiacute přiacutemo teplotu ve vinutiacute motoru pomociacute vhodneacuteho čidla

teploty zpravidla termistoru Tiacutemto způsobem lze zjistit nedovoleneacute otepleniacute způsobeneacute např

poruchou cirkulace vzduchu kterou proudově zaacutevislaacute ochrana neniacute schopna vyhodnotit

Proudově zaacutevisleacute ochrany vyhodnocujiacute teplotu vinutiacute motoru nepřiacutemo a to prostřednictviacutem

vyacutepočtoveacuteho modelu z provozniacuteho proudu motoru Zvyacutešeniacute provozniacuteho proudu motoru maacute za

naacutesledek otepleniacute ktereacute vede trvaacute-li delšiacute dobu k poškozeniacute nebo zničeniacute motoru Ochrana při

tepelneacutem přetiacuteženiacute ndash TOL chraacuteniacute motor před přehřaacutetiacutem Tepelnyacute model je vypočiacutetaacutevaacuten za chodu i

v klidu motoru a z těchto stavů se pak zjistiacute tepelnaacute kapacita Znalost teacuteto hodnoty vede

k maximalizaci produktivity Funkčnost tepleneacuteho modelu je v souladu s normou

Při použitiacute motoru pro cyklickeacute operace dochaacuteziacute ke schodoviteacutemu zvyšovaacuteniacute teploty motoru Je

zapotřebiacute volit spraacutevnyacute čas intervalu mezi cykly aby nedochaacutezelo k přehřaacutetiacute a zbytečneacutemu

poškozeniacute izolace vinutiacute motoru

Funkce Thermal load (tzv tepelnaacute zaacutetěž) hliacutedaacute poměr aktuaacutelniacuteho prochaacutezejiacuteciacuteho proudu I a

jmenoviteacuteho proudu In motoru Jakmile poměr IIn přesaacutehne 100 začiacutenaacute odpočet TTT a motor

bude odpojen po uplynutiacute nastaveneacute periody Možnost opětovneacuteho spuštěniacute přetiacuteženeacuteho motoru

proběhne po jeho vychladnutiacute To je možneacute nastavit dvěma způsoby [1]

1 Ručně nastavenou periodou během ktereacute je motor blokovaacuten proti spuštěniacute

(ovlivňovaacuteno velikostiacute motoru teplotou prostřediacute kde je motor použit zda je vybaven

ventilaacutetorem či neniacute apod)

2 Nastaveniacutem procentuaacutelniacute hodnoty tepelneacute kapacity do ktereacute nebude moci obsluha

motor spustit (při nastaveniacute 50 nedojde k odblokovaacuteniacute ochrany pokud neklesne

tepelnaacute kapacita pod zadanou hodnotu)

Určeniacute vypiacutenaciacute třiacutedy je představeno na naacutesledujiacuteciacutem přiacutekladu

Maacuteme-li trojfaacutezovyacute asynchronniacute motor o vyacutekonu 22kW poměr IIn = 5 a maximaacutelniacute dobu

rozběhu to = 10s Z přiloženeacuteho grafu vypiacutenaciacutech třiacuted pro studenyacute motor určiacuteme požadovanou

třiacutedu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 33

Obr 31 Vypiacutenaciacute třiacutedy pro UMC100-FBP[1]

Z vyacutesledku je patrneacute že motor budeme vypiacutenat proti přetiacuteženiacute podle třiacutedy 5E jelikož křivka

pro 5E je pod maximaacutelniacute dobou rozběhu to = 10s Pokud by došlo ke zvoleniacute např třiacutedy 10E

hrozilo by poškozeniacute motoru jelikož by na motor působilo přetiacuteženiacute delšiacute dobu než je tomu

dovoleno [10]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 34

32 Ochrana při zablokovaneacutem rotoru

V okamžiku připojeniacute motoru na napaacutejeciacute siacuteť se rotor neotaacutečiacute (n = 0 s = 1) Motor je ve

stavu nakraacutetko a jeho proud je omezen pouze ohmickyacutemi odpory a rozptylovyacutemi reaktancemi

vinutiacute Zaacuteběrnyacute proud I1z dosahuje většinou 4 až 10 x většiacutech hodnot než proud jmenovityacute In

Určit velikost tohoto proudu je možneacute ze vztahu 321

radic

kde

U1 - Vstupniacute napětiacute

R1 - Odpor primaacuterniacuteho vinutiacute

Xr1 - Reaktance statoroveacuteho vinutiacute

Xrsquor20 - Reaktance zabrzděneacuteho rotoru

Rlsquo2s - Celkovyacute činnyacute odpor rotoru

RFe - Činnyacute odpor magnetickeacuteho obvodu

Xm - Reaktance magnetickeacuteho obvodu

I1z - Zaacuteběrnyacute proud

Obr 32 Obvodovyacute model asynchronniacuteho motoru pro jednu faacutezi statoroveacuteho vinutiacute ndash nakraacutetko

Velkyacute zatěžovaciacute moment Mz nebo mechanickaacute porucha může zapřiacutečinit zablokovaacuteniacute rotoru

Ochrannaacute funkce detekuje dlouhou počaacutetečniacute situaci kteraacute je praacutevě důsledkem zmiacuteněnyacutech přiacutečin

UMC100 tiacutemto odpojiacute motor od napaacutejeniacute čiacutemž ho ochraacuteniacute od nadměrneacuteho tepelneacuteho namaacutehaacuteniacute

V uživatelskeacutem prostřediacute je možneacute individuaacutelně nastavit jak maximaacutelniacute proud tak i čas po

ktereacutem dojde k odpojeniacute zablokovaneacuteho motoru Pro experimentaacutelniacute použitiacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy je nastavena hodnota poměru pro odpočet a naacutesledneacute odpojeniacute IIn na 300 [1] [9]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 35

33 Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute zabezpečiacute odpojeniacute motoru vyskytne-li se v obvodu většiacute

hodnota proudu než nastavenaacute jmenovitaacute In Bliacuteže tuto funkci představiacute přiloženyacute průběh Funkce

je aktivniacute až po roztočeniacute motoru v okamžiku rozběhu je neaktivniacute

Princip ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Do okamžiku T1 od zapnutiacute klesne zaacuteběrnyacute proud na hodnotu cca Ix = 135 In V časoveacutem

uacuteseku T1 až T2 dochaacuteziacute k naacuterůstu prochaacutezejiacuteciacuteho proudu motorem V okamžiku T2 překročiacute

proud hodnotu Ivar Tiacutemto okamžikem začne odpočet nastaveneacute doby zpožděniacute tvar kteraacute po

uplynutiacute sepne signalizaci varovaacuteniacute nadproudoveacuteho přetiacuteženiacute Odpočet doby tvar narůstaacute je-li

proud motorem I gt Ivar Jakmile proud I ge Iodp dochaacuteziacute k sepnutiacute čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute todp

Platiacute-li podmiacutenka I ge Iodp a dojde k načteniacute hodnoty todp UMC100 odpojiacute motor od napaacutejeniacute a tiacutem

zabraacuteniacute jeho poškozeniacute

Obr 33 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu přetiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash dosaženiacute vysokeacute proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash dosaženiacute hodnoty proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

34 Ochrana při proudoveacutem podtiacuteženiacute

Jakmile hodnota (činneacuteho) proudu klesne pod nastavenou uacuteroveň kteraacute je pro danyacute proces

typickaacute dojde v UMC100 k vybaveniacute ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a motor odpojiacute od

napaacutejeniacute Tato ochrana se předevšiacutem využiacutevaacute pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacute funkce čerpadla když detekuje

ztraacutetu jeho saacuteniacute či pro paacutesoveacute dopravniacuteky ve vyacuterobniacutech provozech Včasneacute varovaacuteniacute a odpojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 36

motoru snižuje zejmeacutena prostoje vyacuteroby Princip varovaacuteniacute a odpojeniacute je představen na

naacutesledujiacuteciacutem průběhu jak tomu bylo u ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Princip ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute zobrazeneacuteho průběhu

Po poklesu aktuaacutelniacuteho proudu v okamžiku T1 motor normaacutelně běžiacute V časoveacutem uacuteseku T1 až

T2 dochaacuteziacute k poklesu proudu pod jmenovitou hodnotu In až na nastavenou hodnotu Ivar Při

dosaženiacute teacuteto hodnoty začne odpočet varovaacuteniacute proudoveacuteho podtiacuteženiacute Nepřesaacutehne-li proud za

dobu kratšiacute než tvar mez Ivar (tzn nevzroste-li se zpět k In) dojde ke spuštěniacute signalizace

proudoveacuteho podtiacuteženiacute Při pokračujiacuteciacutem poklesu proudu jak je patrneacute v časoveacutem intervalu T2-T3

až na mez Iodp dojde k čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute Při překročeniacute nastaveneacute doby todp a za

podmiacutenky že proud I le Iodp UMC100 motor odpojiacute od napaacutejeciacute siacutetě

Obr 34 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash niacutezkaacute proudovaacute uacuteroveň kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash hodnota proudu kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

Popis funkce ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute blokoveacuteho scheacutematu

Signaacutel Istart představuje hodnotu proudu po startu motoru- log 1(tzn Signalizace motoru v

chodu) Tento signaacutel tvořiacute vstup logickeacuteho hradla AND (1) Funkci tohoto hradla znaacutezorňuje

přiloženaacute tabulka Tab 33 Druhyacute vstup signalizuje aktuaacutelniacute hodnotu proudu kteraacute motorem

proteacutekaacute Je-li proud IltIvar detekuje hradlo AND druhou logickou jedničku a hradlo vybaviacute podle

přiloženeacute tabulky Tento signaacutel z hradla aktivuje časovač zpožděniacute varovaacuteniacute Po uplynutiacute

nastaveneacuteho časoveacuteho uacuteseku signalizuje podtiacuteženiacute Dochaacuteziacute-li staacutele k poklesu proudu až do

uacuterovně kdy IltIodp pak na druheacutem logickeacutem hradle AND (2) budou na vstupu log 1 Sepne

čiacutetaacuteniacute zpožděniacute vypnutiacute a po uplynutiacute doby UMC motor vypne

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 37

Obr 35 Blokoveacute scheacutema ochrany proti proudoveacutemu podtiacuteženiacute [1]

Vstup Vyacutestup

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

Tab 33 Princip funkce logickeacuteho hradla AND

341 Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek

Při chodu asynchronniacuteho motoru odebiacuteraacute stroj ze siacutetě jalovyacute proud kteryacute je potřebnyacute pro

vytvořeniacute magnetizace hlavniacuteho magnetickeacuteho obvodu Tento tzv magnetizačniacute proud je

nezaacutevislyacute na zatiacuteženiacute stroje Uplatněniacute nalezne zejmeacutena při chodu napraacutezdno a maleacutem zatiacuteženiacute

kdy je uacutečiniacutek motoru niacutezkyacute Motor maacute tedy nejleacutepe pracovat při plneacutem zatiacuteženiacute[11]

Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek jsou důležiteacute parametry pro detekovaacuteniacute niacutezkeacute zaacutetěže nebo situace bez

zaacutetěže např uzavřenyacute ventil Pomociacute napěťoveacuteho modulu VI15x a UMC je měřeno sdruženeacute

(faacutezoveacute) napětiacute faacutezovyacute proud čili i faacutezovyacute posuv mezi proudem a napětiacutem - cos φ Pomociacute těchto

parametrů je UMC schopneacute analogicky spočiacutetat hodnotu činneacuteho přiacutekonu

radic

Poklesne-li poteacute činnyacute přiacutekon pod nastavenou procentuaacutelniacute hodnotu P (př 85 Pn) motor vypne

tj bude-li PPn le 085

Experimentaacutelniacutem měřeniacutem v raacutemci laboratorniacute uacutelohy byla pomociacute přiacutestroje Yokogawa WT1800

změřena zaacutevislost uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute motoru Z vyacutesledneacuteho grafu (Obr 37) je

patrneacute že se snižovaacuteniacutem zatiacuteženiacute rotoru klesaacute velikost uacutečiniacuteku Naměřeneacute hodnoty pro konstrukci

grafu jsou uvedeny v přiacuteloze

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 38

Obr 36 Charakteristiky asynchronniacuteho motoru při zatiacuteženiacute [11]

Obr 37 Graf zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti P2

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

01

02

03

04

05

06

07

08

09

0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000

P1 [

W]

cos

ϕ [

-]

P2 [W]

P2 P1 Q1

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 39

35 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

Princip ochrany

Je-li poměr nejnižšiacuteho proudu (Imin) a nejvyššiacuteho proudu (Imax) ve faacuteziacutech nad nastavenou

uacuterovniacute pro varovaacuteniacute sepne signalizace ztraacutety faacuteze Jakmile ovšem tento poměr překročiacute

nastavenou hodnotu pro odpojeniacute motoru sepne zpožděniacute vypnutiacute a podle nastaveneacute třiacutedy

přetiacuteženiacute motor po uplynutiacute časoveacuteho intervalu odpojiacute

Funkce faacutezoveacute nesymetrie je aktivniacute pouze tehdy je-li proud ve všech třech faacuteziacutech gt 25 In

(jmenoviteacuteho proudu) [1]

Naacutesledujiacuteciacute rovnice představuje vyacutepočet procentuaacutelniacuteho poměru proudu pro vypnutiacute motoru při

uacuteplneacute ztraacutetě faacuteze

(

)

36 Ochrana sledu faacuteziacute

Ochrana sledu faacuteziacute hliacutedaacute zejmeacutena spraacutevnyacute směr otaacutečeniacute motoru Důležiteacute pro použitiacute teacuteto

ochrany je miacutesto zapojeniacute napěťoveacuteho modulu VI15x Pokud by byl modul zapojen za stykači

nastala by chyba při reverzniacutem zapojeniacute Na stykačiacutech dochaacuteziacute zapojeniacutem k zaacuteměně dvou

faacutezovyacutech vodičů a tiacutem i změně směru otaacutečeniacute motoru UMC s pomociacute VI150 vyhodnotiacute situaci

jako chybovou a vypne motor Napěťovyacute modul se tedy zpravidla umiacutesťuje hned za hlavniacute jistiacuteciacute

prvek viz Obr 44

37 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Jedno z největšiacutech nebezpečiacute pro motor představuje ztraacuteta jedneacute napaacutejeciacute faacuteze Chod na 2

napaacutejeciacute faacuteze zatěžuje motor na tepelneacute uacutečinky proudu vlivem zvyacutešeniacute proudu ve zbylyacutech 2

faacuteziacutech UMC100 v tomto přiacutepadě vypiacutenaacute motor podle předem stanovenyacutech časovyacutech intervalů

Intervaly vypnutiacute jsou stejneacute jako pro ochranu proti proudoveacutemu přetiacuteženiacute (Tab 32) a

odpoviacutedajiacute nastaveneacute třiacutedě přetiacuteženiacute Tuto ochranu dřiacuteve zajišťovalo tepelneacute releacute ktereacute v tomto

přiacutepadě nemusiacute byacutet použito

38 PTC ochrana

381 Termistor

Termistor je polovodičovyacute nelineaacuterniacute dvojpoacutel jehož odpor se měniacute v zaacutevislosti na teplotě

prostřediacute ve ktereacutem pracuje Jeho vyacutehodou je že velmi rychle a citlivě reaguje na změnu teploty

Rozlišujeme zpravidla 2 druhy termistorů

1 NTC (Negative Temperature Coefficient) - termistor se zaacutepornyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou klesaacute jeho odpor (roste elektrickaacute vodivost a proud)

2 PTC (Positive Temperature Coefficient) ndash termistor s kladnyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou jeho odpor roste

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 40

Obr 38 Zaacutevislost odporu termistoru na teplotě

Použitiacute termistorů

NTC termistory se použiacutevajiacute zpravidla k měřeniacute teploty PTC se nejčastěji využiacutevaacute

v kuchyňskyacutech spotřebičiacutech kde je požadovaacutena konstantniacute teplota v termostatech a pro hliacutedaacuteniacute

teploty vinutiacute motorů

382 Princip PTC ochrany v UMC

Ochrana obecně spadaacute do skupiny proudově nezaacutevislyacutech ochran Pro připojeniacute PTC

termistoru sloužiacute na UMC100 svorky s označeniacutem T1 a T2 PTC zvyšuje svůj odpor s rostouciacute

teplotou proto je možneacute ho použiacutet pro hliacutedaacuteniacute teploty např vinutiacute statoru UMC je schopneacute

vyhodnotit tuto změnu odporu a vydaacute signaacutel k odpojeniacute motoru od siacutetě [7]

39 Ochrana při zemniacutem spojeniacute

Ochrana při zemniacutem spojeniacute spočiacutevaacute v ochraně motoru siacutetě a technologie při nežaacutedouciacutech

vlivech způsobenyacutech zejmeacutena staacuternutiacutem izolace a jejiacutem zhoršenyacutem izolačniacutem uacutečinkem

Naacutesledkem přetěžovaacuteniacute vedeniacute vlhkostiacute kondenzaciacute vody v elektrickeacutem zařiacutezeniacute nebo vrstvou

vodiveacuteho prachu jsou praacutevě zhoršeneacute vlastnosti izolačniacuteho materiaacutelu To vede k nechtěneacutemu

zemniacutemu spojeniacute Zemniacute spojeniacute je monitorovaacuteno pomociacute UMC spolu se zařiacutezeniacutem CEM11 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 41

DEMONSTRAČNIacute PŘIacutePRAVEK 4

41 Naacutevrh přiacutepravku

Pro demonstraci UMC100 a dalšiacutech prvků řady produktů od společnosti ABB sro byl

navržen přiacutepravek pomociacute software AutoCAD a Inventor Professional kteryacute byl poteacute zrealizovaacuten

a oživen Nosnaacute konstrukce (Obr 41) je vyrobena z jӓckelu o rozměru 25x25mm

Obr 41 Nosnaacute konstrukce

Čelniacute panel tvořiacute plech s rozměry 500x400mm a tloušťky 2mm Plech je osazen

rozvaděčovyacutemi kanaacutely 25x60mm a všemi potřebnyacutemi komponentami pro realizaci zapojeniacute

Vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho panelu s otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky a ovlaacutedaciacute tlačiacutetka motoru je na

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

Seznam použityacutech komponent Vyacuterobce

3-poacutelovyacute jistič C16 OEZ

Pojistkoveacute pouzdro RSP 4 Elektro Bečov

Komunikačniacute modul MTQ22-FBP ABB

Motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP ABB

Napěťovyacute modul VI150-FBP ABB

Rozšiřovaciacute modul DX122-FBP ABB

Ministykač LC1K09(LC1K12) Schneider Electric

Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A ABB

Rozvaděčovyacute kanaacutel 25x60mm KOPOS

Přiacutestrojoveacute zdiacuteřky 4mm do panelu AMASS

Tlačiacutetka do panelu 250V1A JIETONG

Tab 41 Seznam použityacutech komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 42

Pro konstrukci je důležiteacute aby navrženyacute panel rozměrově odpoviacutedal všem potřebnyacutem přiacutestrojům

a modulům Pro tuto přiacuteležitost je pomociacute software AutoCAD vytvořen vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho

panelu Obr 43 kteryacute je konstruovaacuten

Navrženyacute nosnyacute plech tloušťky 2mm na ktereacutem jsou umiacutestěny veškereacute komponenty Obr 42

Ve vrchniacute polovině plechu jsou vyvrtaacuteny otvory o průměru 4mm sloužiacuteciacute pro uchyceniacute

rozvaděčoveacuteho kanaacutelu a DIN lišty Ve středniacute čaacutesti plechu jsou 4 průvlečneacute otvory určeneacute k

průchodu vodičů ze zadniacute čaacutesti plechu (od napaacutejeciacutech svorek) do rozvaděčoveacuteho kanaacutelu na straně

předniacute Pro tuto potřebu jsou stejneacute otvory vyvrtaacuteny takeacute do dna kanaacutelu Ve spodniacute čaacutesti jsou

otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky pomociacute kteryacutech je zajištěno napaacutejeniacute panelu a poteacute napaacutejeniacute motoru

a 3 otvory na ovlaacutedaciacute tlačiacutetka k zajištěniacute ovlaacutedaacuteniacute motoru Uchyceniacute plechu k nosneacute konstrukci

je provedeno samořeznyacutemi šroubky M5 v roziacutech plechu

Obr 42 Naacutevrh plechu panelu

Vyacutekres plechu s udaacuteniacutem koacutet je obsažen v přiacuteloze praacutece viz Obr 01

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 43

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 44

42 Scheacutema zapojeniacute přiacutepravku

Demonstračniacute panel je uzpůsoben pro reverzniacute chod trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 44 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho přiacutepravku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 45

43 Vyacuteslednyacute přiacutepravek

Vyacuteslednyacute osazenyacute a zapojenyacute přiacutepravek určenyacute pro laboratorniacute uacutelohu doplněnyacute vhodnyacutemi

štiacutetky pro ovlaacutedaacuteniacute a zapojeniacute napaacutejeciacute siacutetě (VSTUP) a motoru (VYacuteSTUP)

Obr 45 Demonstračniacute přiacutepravek

Zadniacute čaacutest panelu s izolovaacuteniacutem konektorů FASTON pomociacute teplem smrštitelneacute bužiacuterky před

nebezpečnyacutem dotykem živeacute čaacutesti

Obr 46 Zadniacute pohled

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 46

44 Demonstračniacute kufr pro ABB

Pro společnost ABB sro byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 prezentujiacuteciacute

jeho možnosti Zaacutekladniacutem požadavkem naacutevrhu bylo řešeniacute pomociacute jednofaacutezoveacuteho napaacutejeniacute

Jelikož UMC100 je uzpůsobeno pro chod trojfaacutezovyacutech motorů je použit frekvenčniacute měnič

ACS50 kteryacute nabiacuteziacute při napaacutejeniacute pomociacute jednofaacutezoveacute siacutetě na sveacutem vyacutestupu napětiacute 3x230V50Hz

Pro digitaacutelniacute vstupy UMC100 a rozšiřovaciacuteho modulu DX111 je navrženo použitiacute dvoupoacutelovyacutech

paacutečkovyacutech přepiacutenačů s funkciacute (ON)-OFF-ON s napětiacutem 24V DC K signalizaci aktivniacutech vstupů

a vyacutestupů je navrženo použitiacute zelenyacutech signaacutelek Ovlaacutedaciacute panel kufru obsahuje spiacutenače pro

simulaci ztraacutety napaacutejeciacute faacuteze motoru potenciometr k simulaci faacutezoveacute nesymetrie daacutele červenou

signaacutelku pro signalizaci poruchovyacutech stavů a žlutou pro chod motoru Všechny přepiacutenače a

signaacutelky jsou přiacutestupneacute uživateli prostřednictviacutem navrženeacuteho ovlaacutedaciacuteho panelu kteryacute současně

posloužiacute jako kryt kufru (Obr 02) Jelikož pro přenosnyacute kufr neniacute nejvhodnějšiacute použitiacute

asynchronniacuteho motoru je proto použit 6-poacutelovyacute synchronniacute motor s přiacutekonem 23VA

vyacutestupniacutem vyacutekonem 105W a jmenovityacutem proudem 100mA

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 47

Obr 47 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho kufru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 48

SIMULACE OCHRAN 5Kapitola obsahuje soupis simulaciacute ochran ktereacute jsou demonstrovaacuteny v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jež se zabyacutevaacute problematikou UMC100 Z širokeacute škaacutely ochran jsou vybraacuteny 4 situace ktereacute

se v průmyslu často vyskytujiacute

51 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

K nasimulovaacuteniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii je použit posuvnyacute potenciometr kteryacute je

připojen na svorky (12) Pomociacute potenciometru bude snižovaacutena velikost napětiacute na přiacutevodniacute faacutezi

do motoru (L1) Pro demonstraci ochrany je použit napěťovyacute modul VI150 spolu s UMC100 Na

svorky modulu označeneacute (L1L2 a L3) jsou přivedeny faacuteze v uvedeneacutem sledu Při zvyšovaacuteniacute

odporu rezistoru ve faacutezi dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute napětiacute na přiacutevodniacute svorce (L1) vlivem rostouciacuteho

uacutebytku napětiacute na daneacutem rezistoru Je-li napěťovyacute modul propojen vodičem s UMC a je-li spraacutevně

nastaven UMC vyhodnotiacute po určiteacutem poklesu napětiacute a naacuterůstu proudu ve zbylyacutech dvou faacuteziacutech

(L2 a L3) jako chybovou a vybaviacute Nejprve bude vybaveno varovaacuteniacute a poteacute dojde k odpojeniacute

motoru

52 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze je motor vystaven vysokeacutemu riziku což většinou vede k jeho

zničeniacute Demonstrace ochrany proběhne uacuteplnyacutem odpojeniacutem napaacutejeciacute faacuteze L2 Pro vybaveniacute

ochrany neniacute zapotřebiacute aby byl motor v chodu neboť použitiacute napěťoveacuteho modulu VI150

detekuje nepřiacutetomnost napětiacute faacuteze a vybaviacute Při chodu motoru ochrana vybaviacute od 15s pro třiacutedu

5E a do 12s pro 40E podle nastaveneacute třiacutedy přetiacuteženiacute viz Tab 32 Princip funkce při chodu

motoru spočiacutevaacute v porovnaacuteniacute nejvyššiacute a nejnižšiacute naměřeneacute hodnoty faacutezoveacuteho proudu s

nastavenyacutemi uacuterovněmi Vyacutehodou je že signalizuje varovaacuteniacute ještě před samotnyacutem spuštěniacutem

motoru kdy může nastat stav že je přepaacutelena pojistka a obsluha toto nezaznamenala Mimo

přepaacuteleneacute pojistky se může takeacute jednat o uvolněnyacute nebo opotřebenyacute kontakt

53 Ochrana sledu faacuteziacute

Pro spraacutevnyacute chod motoru a diagnostiku pomociacute kontroleacuteru s použitiacutem napěťoveacuteho modulu je

zapotřebiacute dodržet sled faacuteziacute tzn Faacutezovyacute vodič L1rarrsvorka L1 L2 rarrsvorka L3 a L3rarrsvorka L3

Při zaacuteměně některyacutech faacutezovyacutech vodičů neprodleně vybaviacute ochrana sledu faacuteziacute a neniacute dovoleno

spuštěniacute motoru do okamžiku dokud neniacute obsluhou tento probleacutem vyřešen

54 PTC ochrana

Pro vyhodnocovaacuteniacute teploty vinutiacute statoru motoru sloužiacute termistor PTC Při zvyacutešeniacute teploty

nastaacutevaacute zvyacutešeniacute odporu termistoru (viz Obr 38) a motor odpojiacute Udaacutevanaacute odezva UMC na

změnu odporu je v rozmeziacute R = 34-38kΩ

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 49

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany

Z důvodu ochrany motoru neniacute vhodneacute vystavovat motor zvyacutešeneacute teplotě pro nastiacuteněniacute funkce

PTC ochrany Pro tento uacutečel posloužiacute zhotovenyacute box osazenyacute lineaacuterniacutem potenciometrem

s hodnotou odporu 25kΩ jemuž jsou předřazeny odpory 1kΩ a 330Ω

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 50

LABORATORNIacute UacuteLOHA 6

61 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100

Uacutekolem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute řiacutediacuteciacute a kontrolniacute jednotkou pro

provoz trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru UMC100

Motorovyacute kontroleacuter nabiacuteziacute 3 releacuteoveacute vyacutestupy Tyto vyacutestupy jsou připojitelneacute na napětiacute 230V AC s

maximaacutelniacutem proudem 1A Releacuteoveacute vyacutestupy sloužiacute zejmeacutena pro připojeniacute budiacuteciacutech ciacutevek stykačů

Hlavniacute vstupy jsou tvořeny seacuteriiacute svorek jež je umiacutestěnaacute ve spodniacute čaacutesti kontroleacuteru Svorky nesou

označeniacute (DI0 DI1 hellip DI5) Tyto digitaacutelniacute vstupy pracujiacute s napětiacutem 24V DC a sloužiacute pro

připojeniacute ovlaacutedaciacutech tlačiacutetek jako start motoru stop motoru reverzaci rozběh hvězda-trojuacutehelniacutek

nebo např použitiacute vstupu pro koncovyacute spiacutenač pro připojeniacute pomocnyacutech kontaktů stykačů či

funkci aktuaacutetor kdy je ovlaacutedaacuten pohon ventilu Vše podle nastaveniacute uživatele a pracovniacuteho

procesu Vedle hlavniacutech vstupniacutech kontaktů se nachaacuteziacute takeacute jeden vyacutestupniacute s označeniacutem (DO3)

Tento digitaacutelniacute vyacutestup lze využiacutet k připojeniacute 24V DC signalizačniacute kontrolky pro chybovaacute hlaacutešeniacute

modulu UMC100 nabiacuteziacute integrovanyacute vstup pro připojeniacute PTC termistoru Diacuteky PTC jsme

schopni hliacutedat teplotu statoroveacuteho vinutiacute a předejiacutet tiacutem zaacutevažneacutemu poškozeniacute motoru

Hlavniacute obvod

Měřeniacute proudu faacutezovyacutemi vodiči je řešeno pomociacute 3 průvlečnyacutech ok integrovanyacutech v modulu

Tato průvlečnaacute oka jsou měřiacuteciacutemi transformaacutetory proudu navinutyacutemi na toroidniacutem jaacutedře Diacuteky

těmto transformaacutetorům je kontroleacuter schopnyacute měřit proud v rozsahu 024 až 63A Pro vyššiacute

hodnoty proudů až 850A se použiacutevaacute externiacute proudovyacute transformaacutetor

Možnost rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru

UMC se v průmyslovyacutech aplikaciacutech nejčastěji použiacutevaacute s využitiacutem napěťoveacuteho a rozšiřovaciacuteho

(vstupně-vyacutestupniacuteho) modulu Pro laboratorniacute uacutelohu je použit napěťovyacute modul VI150 a

rozšiřovaciacute modul DX122 jenž jsou připojeny k UMC pomociacute UMCIO-CAB přes svorky

s označeniacutem Ca a Cb

Napěťovyacute modul VI150

K demonstraci kontroleacuteru je použit modul s označeniacutem VI150 Zařiacutezeniacute disponuje konektory pro

připojeniacute faacutezovyacutech vodičů (L1 L2 a L3) a je schopneacute měřit hodnotu sdruženeacuteho napětiacute siacutetě

S naměřenyacutemi hodnotami faacutezoveacuteho proudu pomociacute UMC dostaacutevaacuteme takeacute hodnotu faacutezoveacuteho

posuvu mezi napětiacutem a proudem tedy uacutečiniacuteku cos φ Z těchto naměřenyacutech parametrů vypočiacutetaacute

řiacutediacuteciacute jednotka kontroleacuteru činnyacute přiacutekon Ovšem pro spraacutevnou detekci napětiacute je nutneacute dodržet

zapojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 51

Vstupně-vyacutestupniacute modul DX122

Modul umožňuje rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru o dalšiacutech 8 digitaacutelniacutech vstupů na napětiacute 110-230V AC 4

releacuteoveacute vyacutestupy a 1 analogovyacute vyacutestup Pomociacute programu ABB Asset Vision Basic je možneacute

přiacutemeacute přiřazeniacute parametrů a programovaacuteniacute UMC100 a takeacute všech zařiacutezeniacute kteraacute jsou vybavena

DTM (Device Type Manager)- naacutestroj pro konfiguraci a spraacutevu zařiacutezeniacute

Komunikačniacute modul MTQ22

O komunikaci mezi UMC a PC se staraacute modul MTQ22 V software vytvořeneacutem pomociacute

vyacutevojoveacuteho prostřediacute LabVIEW lze sledovat aktuaacutelniacute měřeneacute veličiny zobrazenaacute varovaacuteniacute

poruchovyacutech stavů informace o stavu vstupů a vyacutestupů apod

Napaacutejeciacute zdroj

Napaacutejeniacute modulů zajišťuje zdroj CP-D 2413A s regulaciacute vyacutestupniacuteho napětiacute Regulace je možnaacute

v rozpětiacute 24-28V DC Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute zdroje je umožněna z důvodu požadavku

přesneacuteho napětiacute 24V DC Vlivem zatiacuteženiacute (napaacutejeniacute UMC VI a DX) vyacutestupniacute napětiacute zdroje klesaacute

podle zatěžovaciacute charakteristiky přiacuteslušneacuteho zdroje CP-D sloužiacute takeacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacutech

vstupů UMC

Ochranneacute funkce

UMC nenabiacuteziacute pouze možnost měřeniacute faacutezoveacuteho proudu ale takeacute řadu ochran při poruchovyacutech

stavech provozu Nejčastěji v praxi využiacutevanaacute ochrana je ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute kteraacute

je doprovaacutezena varovnou signalizaciacute nastaacutevajiacuteciacute poruchy

Ochrana motoru při proudoveacutem podtiacuteženiacute pracuje na obdobneacutem principu jako předchoziacute ochrana

Kontroleacuter monitoruje hladinu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu Při jeho poklesu pod nastavenou

uacuteroveň maximaacutelniacuteho dovoleneacuteho poklesu (udaacutevaneacute relativně v k jmenoviteacutemu In) dochaacuteziacute k

signalizaci chyby a odpojeniacute motoru od siacutetě

PTC ochrana spočiacutevaacute v hliacutedaacuteniacute teploty statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru pomociacute PTC

termistoru V našem přiacutepadě je použito lineaacuterniacuteho potenciometru kdy se zvyšujiacuteciacutem se odporem

potenciometru simulujeme zvyšujiacuteciacute se teplotu statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru

Při ztraacutetě některeacute napaacutejeciacute faacuteze motoru dochaacuteziacute k okamžiteacutemu blokovaacuteniacute startu motoru

Ochrana sledu faacuteziacute zajistiacute spraacutevneacute zapojeniacute vodičů L1 L2 a L3 ktereacute je slučitelneacute s nastaveniacutem v

UMC

Vlivem přerušovaneacuteho provozu např S3 kdy nedochaacuteziacute v době klidu a odpojeniacute motoru k

poklesu teploty na teplotu okoliacute může vybavit Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute - Thermal

Overload Protection (TOL)

Zablokovaniacute rotoru byacutevaacute způsobeno přiacuteliš vysokyacutem zaacutetěžnyacutem momentem Mz na hřiacutedeli motoru

nebo mechanickou poruchou Kontroleacuter je při startu schopen detekovat tento stav

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 52

62 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute uacutelohy a scheacutema zapojeniacute panelu

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 53

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 54

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha

Štiacutetek použiteacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 64 Štiacutetek motoru

63 Popis scheacutematu zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

Na vstupniacute svorky s označeniacutem VSTUP (L1 L2 L3 N PE) jsou přivedeny přiacuteslušneacute vodiče

z pracovniacuteho stolu Hlavniacute 16A jistič s vypiacutenaciacute charakteristikou typu C sloužiacute pro jištěniacute siloveacute

čaacutesti obvodu Pro jištěniacute napaacutejeciacuteho zdroje CP-D sloužiacute tavnaacute pojistka 2T250V Napěťoveacute

vstupy na modul VI150 jsou jištěny tavnou pojistkou F125250V Posuvnyacute potenciometr

umiacutestěnyacute na faacutezoveacutem vodiči L1 sloužiacute k demonstraci ochrany při faacutezoveacute nesymetrii

Komunikačniacute modul MTQ22 zajišťuje komunikaci mezi UMC a PC kdy prostřednictviacutem

Ethernetoveacute siacutetě jsme schopni čiacutest měřeneacute veličiny

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 55

64 Pracovniacute postup

1 Seznamte se s kontroleacuterem UMC100 a ostatniacutemi komponenty použityacutemi pro laboratorniacute

uacutelohu a se scheacutematem zapojeniacute uacutelohy

2 Připojte elektromotor a vstupniacute svorky na přiacuteslušneacute zdiacuteřky Před připojeniacutem vyacutekonoveacuteho

potenciometru ověřte měřeniacutem jeho minimaacutelniacute a maximaacutelniacute hodnotu odporu a

poznamenejte si je

3 Připojte potenciometr na určeneacute zdiacuteřky označeneacute čiacutesly 1 a 2 a nastavte hodnotu odporu

4 Po kontrole zapojeniacute vyučujiacuteciacutem zapněte pracoviště a nastavte autotransformaacutetor na 100

vyacutestupniacuteho napětiacute Zapněte hlavniacute jistič Kontrola a nastaveniacute komunikace mezi UMC

DX a VI

Nastaveniacute Komunikace se provede přes LCD displej naacutesledujiacuteciacutem způsobem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on

5 Stiskem tlačiacutetka VPŘED nebo VZAD na panelu uvedeme motor do chodu Pro přechod

z jednoho směru do druheacuteho je nutneacute nejprve zastavit motor tlačiacutetkem STOP Při

zastaveniacute je kontroleacuterem motor blokovaacuten po dobu 3s před dalšiacutem spuštěniacutem z důvodu

doběhu motoru Pohybem tlačiacutetek nahoru dolů pomociacute LCD v hlavniacute nabiacutedce - UMC -

můžeme sledovat aktuaacutelniacute proud motoru sdruženeacute napětiacute odebiacuteranyacute přiacutekon ze siacutetě

uacutečiniacutekhellip

6 Při provaacuteděniacute uacutelohy na brzdě (dynamometru) ověřte funkci ochrany při zablokovaacuteniacute

rotoru funkci ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a proudoveacutem přetiacuteženiacute

7 Při vybaveniacute každeacute z ochran zaznamenejte hodnotu kdy vypnula Před novyacutem startem je

důležiteacute přečiacutest zaacuteznam důvodu poruchy a proveacutest reset na panelu UMC100-PAN jinak je

START blokovaacuten

65 Měřeniacute

OCHRANA PŘED PŘEHŘAacuteTIacuteM MOTORU

Potenciometrem označenyacutem PTC je zvyšovaacutena hodnotu odporu do okamžiku kdy dojde

k odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě zapůsobeniacutem PTC ochrany Hodnota odporu potenciometru

při vybaveniacute ochrany je určena měřeniacutem na 341kΩ Odpoviacutedajiacuteciacute hodnotu teploty motoru

odečteme z grafu a hodnoty odporu potenciometru při vypnutiacute

Do tabulky zapište změřenou hodnotu odporu potenciometru při vypnutiacute Při teacuteto hodnotě odporu

odečtěte teplotu motoru z grafu Ziacuteskanou teplotu porovnejte s vypočtenou teplotou motoru

Tabulka naměřenyacutech a vypočtenyacutech hodnot

R ϑg R0 ϑ

[Ω] [degC] [Ω] [degC]

3410 136 1320 13626

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 56

Vyacutepočet vychaacuteziacute ze vztahu pro zaacutevislost elektrickeacuteho odporu vodiče na teplotě

(651)

kde

(652)

Po uacutepravě pak

α - teplotniacute součinitel elektrickeacuteho odporu (K-1

) (α = 001162 K-1

)

R0 - odpor potenciometru v zaacutekladniacute poloze

R - odpor potenciometru při vybaveniacute ochrany

ϑg - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute odečtenaacute z grafu

ϑ - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute ndash vypočtenaacute

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

R [

Ω]

ϑ [degC]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 57

Vinutiacute motoru je izolovaacuteno izolaciacute třiacutedy F (155)

Třiacuteda izolace A E B F H

Okolniacute teplota [degC] 40 40 40 40 40

Povolenyacute naacuterůst teploty [degC] 60 75 80 105 125

Teplotniacute rezerva 5 5 10 10 15

Konečnaacute teplota 105 120 130 155 180

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru [12]

OCHRANA PŘED NESPRAacuteVNYacuteM SLEDEM FAacuteZIacute

Nedodrženiacutem sledu napaacutejeciacutech faacutezovyacutech vodičů (zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů svorek L2 a L3)

jak je nastaveno v UMC provaacutediacute napěťovyacute modul blokaci startu motoru V tomto přiacutepadě

vybavuje neprodleně ochrana sledu faacuteziacute ndashPhase sequence Funkci zaznamenejte do protokolu

OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII

Zvyšovaacuteniacutem odporu vyacutekonoveacuteho potenciometru zapojeneacuteho ve faacutezi L1 (viz scheacutema zapojeniacute

uacutelohy) dochaacuteziacute k simulaci faacutezoveacute nesymetrie siacutetě Motor je odpojen v okamžiku kdy poklesne

hodnota sdruženeacuteho napětiacute mezi faacutezemi L3 a L1 přibližně na hodnotu Us = 380V Velikost

odporu při vybaveniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii činiacute 101Ω Hodnotu nesymetrie zaznamenejte

do protokolu

OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE

Ztraacuteta faacuteze se realizuje pomociacute spiacutenače v pracovniacutem stole kdy odpojiacuteme napaacutejeciacute faacutezi Změřte

čas od odpojeniacute faacuteze L2 do vybaveniacute ochrany při ztraacutetě faacuteze a poznamenejte do protokolu

66 Demonstrace ochran při použitiacute dynamometru

OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU

K testu ochrany při zablokovaacuteniacute rotoru posloužiacute dynamometr jehož hřiacutedel je spojenaacute se hřiacutedeliacute

asynchronniacuteho motoru pomociacute spojky Hřiacutedel dynamometru je poteacute mechanicky zablokovaacutena

Stiskem přiacuteslušneacuteho tlačiacutetka je proveden start motoru a sledovaacuten proud při odpojeniacute motoru od

siacutetě a čas odpojeniacute Proud při vybaveniacute ochrany při mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru dosaacutehl

hodnoty 1978A což odpoviacutedaacute 582In

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute ndash (High current protection)

Pro simulaci proudoveacuteho přetiacuteženiacute maacuteme nastavenou hodnotu odebiacuteraneacuteho proudu na 130 pro

odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě Snižovaacuteniacutem jmenovityacutech otaacuteček motoru pomociacute dynamometru

(bržděniacutem tzn n rarr 0) dochaacuteziacute k naacuterůstu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu I Odpojeniacute nastalo při

odebiacuteraneacutem proudu 447A Nastaveneacute hodnotě (13In ) naacuteležiacute proud 442A Tiacutem lze konstatovat

že vyacutesledek měřeniacute je srovnatelnyacute s hodnotami uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute

Stav proudoveacuteho podtiacuteženiacute nedostatečneacuteho proudoveacuteho zatiacuteženiacute použiacutevanyacute zejmeacutena u čerpadel

je simulovaacuten pomociacute dynamometru kdy je nastavenaacute hodnota poklesu aktuaacutelniacuteho proudu na

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 58

085In a čas odpojeniacute od siacutetě na 10s Po roztočeniacute a zatiacuteženiacute motoru na hodnotu jmenoviteacuteho

proudu jsou pomociacute dynamometru zvyšovaacuteny otaacutečky motoru n Tento proces maacute za naacutesledek

snižovaacuteniacute aktuaacutelniacuteho proteacutekaneacuteho proudu I kdy motor ztraacuteciacute zatiacuteženiacute Nastaveneacute hodnotě

podtiacuteženiacute odpoviacutedaacute aktuaacutelniacute proud 289A Při dosaženiacute teacuteto uacuterovně je spuštěn odpočet a motor za

10s odpojen

67 Vyhodnoceniacute a zaacutevěr

Vyacutesledkem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute technologiiacute pro diagnostiku

veličin při chodu trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru Při demonstračniacute simulaci ochran byly

dosaženy naacutesledujiacuteciacute vyacutesledky PTC ochrana vybavuje při hodnotě odporu 341kΩ Tato hodnota

odpoviacutedaacute teplotě ϑg = 136degC odečteneacute z grafu Vypočtenaacute teplota ϑ = 13626degC Vyacuterobce uvaacutediacute

zapůsobeniacute ochrany při hodnotě odporu v rozsahu 34-38kΩ Zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů L2 a

L3 proběhla okamžitaacute blokace spuštěniacute motoru Faacutezovaacute nesymetrie vybavila při poklesu napětiacute o

5 Ztraacutetou napaacutejeciacute faacuteze proběhlo odpojeniacute motoru v čase t = 15s Čas odpojeniacute odpoviacutedaacute třiacutedě

přetiacuteženiacute 5E kteraacute je nastavena

Při testu za použitiacute dynamometru bylo zjištěno že při zablokovaneacutem rotoru motoru zapůsobil

kontroleacuter při nastaveneacutem přetiacuteženiacute 3In Teacuteto hodnotě naacuteležiacute proud 102A Jelikož je nastavena

třiacuteda přetiacuteženiacute 5E ktereacute naacuteležiacute interval 15s a poteacute odpojeniacute motoru tak během tohoto okamžiku

vzrostla hodnota proudu na 1978A což odpoviacutedaacute 582In Při proudoveacutem přetiacuteženiacute odpoviacutedaly

vyacutesledky měřeniacute nastaveneacute hodnotě přetiacuteženiacute 13In Ve stavu proudoveacuteho podtiacuteženiacute zapůsobila

ochrana spraacutevně dle nastaveneacuteho poklesu proudu na 085In

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 7: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 7

OBSAH

SEZNAM OBRAacuteZKŮ 9

SEZNAM TABULEK 11

SEZNAM SYMBOLŮ A ZKRATEK 12

UacuteVOD 14

MOTOROVYacute KONTROLEacuteR 15 1

11 UNIVERZAacuteLNIacute MOTOROVYacute KONTROLEacuteR UMC100-FBP 15

12 INSTALACE 16

TECHNICKEacute VYBAVENIacute UMC100-FBP 17 2

21 KOMPAKTNIacute ZAacuteKLADNIacute JEDNOTKA 17

211 STAVEBNIacute BLOKY 18

22 OVLAacuteDACIacute PANEL UMC100-PAN 19

23 NAPĚŤOVYacute A ROZŠIŘOVACIacute MODUL 20

231 NASTAVENIacute KOMUNIKACE 20

232 VI15X- FBP 20

233 DX111-FBP 22

234 DX122-FBP 22

24 PROUDOVYacute MĚŘIacuteCIacute TRANSFORMAacuteTOR 24

241 EXTERNIacute PROUDOVYacute TRANSFORMAacuteTOR CTS 25

25 MONITOROVACIacute ZAŘIacuteZENIacute ZEMNIacuteHO SPOJENIacute CEM11-FBP 28

26 NAPAacuteJECIacute ZDROJ 29

27 KOMUNIKAČNIacute MODUL MTQ22-FBP 30

OCHRANNEacute FUNKCE 31 3

31 OCHRANA PŘI TEPELNEacuteM PŘETIacuteŽENIacute 31

311 URČENIacute TEPLOTY VINUTIacute A VYPIacuteNACIacute TŘIacuteDY 32

32 OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU 34

33 OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute 35

34 OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute 35

341 ČINNYacute PŘIacuteKON A UacuteČINIacuteK 37

35 OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII 39

36 OCHRANA SLEDU FAacuteZIacute 39

37 OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE 39

38 PTC OCHRANA 39

381 TERMISTOR 39

382 PRINCIP PTC OCHRANY V UMC 40

39 OCHRANA PŘI ZEMNIacuteM SPOJENIacute 40

DEMONSTRAČNIacute PŘIacutePRAVEK 41 4

41 NAacuteVRH PŘIacutePRAVKU 41

42 SCHEacuteMA ZAPOJENIacute PŘIacutePRAVKU 44

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 8

43 VYacuteSLEDNYacute PŘIacutePRAVEK 45

44 DEMONSTRAČNIacute KUFR PRO ABB 46

SIMULACE OCHRAN 48 5

51 OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII 48

52 OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE 48

53 OCHRANA SLEDU FAacuteZIacute 48

54 PTC OCHRANA 48

LABORATORNIacute UacuteLOHA 50 6

61 UNIVERZAacuteLNIacute MOTOROVYacute KONTROLEacuteR UMC100 50

62 BLOKOVEacute SCHEacuteMA ZAPOJENIacute UacuteLOHY A SCHEacuteMA ZAPOJENIacute PANELU 52

63 POPIS SCHEacuteMATU ZAPOJENIacute LABORATORNIacute UacuteLOHY 54

64 PRACOVNIacute POSTUP 55

65 MĚŘENIacute 55

66 DEMONSTRACE OCHRAN PŘI POUŽITIacute DYNAMOMETRU 57

67 VYHODNOCENIacute A ZAacuteVĚR 58

ZAacuteVĚR 59 7

LITERATURA 60

PŘIacuteLOHY 61

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 9

SEZNAM OBRAacuteZKŮ Obr 11 Instalace UMC100-FBP na DIN lištu 16

Obr 21 Vnějšiacute popis UMC100-FBP a s připojenyacutem UMC100-PAN 17

Obr 22 Zaacutekladniacute blokoveacute scheacutema UMC100-FBP a tok dat mezi hlavniacutemi čaacutestmi zařiacutezeniacute 18

Obr 23 Popis UMC100-PAN 19

Obr 24 Struktura napěťoveacuteho modulu VI150 21

Obr 25 Vnějšiacute popis modulu VI150 pro UMC100-FBP 21

Obr 26 Vnějšiacute popis IO modulu DX122-FBP pro UMC100-FBP 23

Obr 27 Magnetizačniacute charakteristika feromagnetickeacuteho materiaacutelu 24

Obr 28 Měřiacuteciacute transformaacutetor proudu 24

Obr 29 Konstrukce CT4L185R4 a CT4L310R4 26

Obr 210 Konstrukce CT5L500R4 a CT5L850R4 26

Obr 211 UMC100-FBP s CT a VI150 26

Obr 212 Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů proudu 27

Obr 213 Zapojeniacute CEM11-FBP do obvodu 28

Obr 214 Zatěžovaciacute charakteristika zdroje CP-D 2413 29

Obr 215 Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A 29

Obr 216 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP 30

Obr 31 Vypiacutenaciacute třiacutedy pro UMC100-FBP 33

Obr 32 Obvodovyacute model asynchronniacuteho motoru pro jednu faacutezi statoroveacuteho vinutiacute ndash nakraacutetko 34

Obr 33 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu přetiacuteženiacute 35

Obr 34 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute 36

Obr 35 Blokoveacute scheacutema ochrany proti proudoveacutemu podtiacuteženiacute 37

Obr 36 Charakteristiky asynchronniacuteho motoru při zatiacuteženiacute 38

Obr 37 Graf zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti P2 38

Obr 38 Zaacutevislost odporu termistoru na teplotě 40

Obr 41 Nosnaacute konstrukce 41

Obr 42 Naacutevrh plechu panelu 42

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent 43

Obr 44 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho přiacutepravku 44

Obr 45 Demonstračniacute přiacutepravek 45

Obr 46 Zadniacute pohled 45

Obr 47 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho kufru 47

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 10

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany 49

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu 49

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy 52

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu 53

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha 54

Obr 64 Štiacutetek motoru 54

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru 56

Obr 01 Plech 61

Obr 02 Kryciacute panel kurfu 62

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 63

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 11

SEZNAM TABULEK Tab 21 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX111-FBP 22

Tab 22 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX122-FBP 22

Tab 23 Typy externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů s měřenyacutem rozsahem proudu 25

Tab 24 Rozměry vyraacuteběnyacutech CEM11-FBPs udaacutevanyacutemi hodnotami svodovyacutech proudů 28

Tab 31 Ochranneacute funkce 31

Tab 32 Třiacutedy přetiacuteženiacute a čas odpojeniacute 31

Tab 33 Princip funkce logickeacuteho hradla AND 37

Tab 41 Seznam použityacutech komponent 41

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty 55

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru 57

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute 63

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 12

SEZNAM SYMBOLŮ A ZKRATEK

Zkratka Symbol Vyacuteznam Jednotka

AC Střiacutedavyacute proud (napětiacute) [A (V)]

B Magnetickaacute indukce [T]

cos φ Uacutečiniacutek [-]

DC Stejnosměrnyacute proud (napětiacute) [A (V)]

DTM Device Type Manager

FBP FieldBusPlug

H Intenzita magnetickeacuteho pole [Am]

I Aktuaacutelniacute hodnota proudu [A]

I1z Zaacuteběrnyacute proud [A]

If Procentuaacutelniacute poměr proudu []

Imax Maximaacutelniacute hodnota proudu [A]

Imin Minimaacutelniacute hodnota proudu [A]

In Jmenovityacute proud [A]

Iodp Hodnota proudu při odpojeniacute []

Ivar Varovnaacute hodnota proudu []

Ix Konec startu motoru []

Mz Zatěžovaciacute moment [Nm]

n Otaacutečky motoru [otmin]

nn Jmenoviteacute otaacutečky [otmin]

P Činnyacute vyacutekon [W]

P1 Činnyacute přiacutekon [W]

P2 Mechanickyacute vyacutekon na hřiacutedeli [W]

Pn Jmenovityacute vyacutekon [W]

Q1 Jalovyacute přiacutekon [var]

R Elektrickyacute odpor [Ω]

Rlsquo2s Celkovyacute činnyacute odpor rotoru [Ω]

R1 Odpor statoroveacuteho vinutiacute [Ω]

RFe Činnyacute odpor magnetickeacuteho obvodu [Ω]

s Skluz [-]

to Doba rozběhu [s]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 13

todp Zpožděniacute odpojeniacute [s]

TOL Thermal Overload Protection

TTC Time To Cool [s]

TTT Time To Trip [s]

tvar Zpožděniacute varovaacuteniacute [s]

U1 Vstupniacute napětiacute [V]

UMC Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter

Un Jmenoviteacute napětiacute [V]

Xrsquor20 Reaktance zabržděneacuteho rotoru [Ω]

Xm Reaktance magnetickeacuteho obvodu [Ω]

Xr1 Reaktance statoroveacuteho vinutiacute [Ω]

Φ Magnetickyacute tok [Wb]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 14

UacuteVOD

Bakalaacuteřskaacute praacutece je založena na naacutevrhu a vyacuterobě demonstračniacuteho přiacutepravku pro motorovyacute

kontroleacuter UMC100-FBP Tento přiacutepravek posloužiacute pro laboratorniacute uacutelohu v předmětu Elektrickeacute

přiacutestroje a takeacute jako prezentačniacute aparaacutet UMC100-FBP a rozšiřovaciacutech modulů pro společnost

ABB sro Finaacutelniacute zařiacutezeniacute je realizovaacuteno pro chod ochranu a diagnostiku trojfaacutezoveacuteho

asynchronniacuteho motoru Praacutece je rozdělena do několika hlavniacutech čaacutestiacute Nejprve je přibliacuteženo

UMC100-FBP Tato čaacutest všeobecně sloužiacute pro seznaacutemeniacute se s motorovyacutem kontroleacuterem jeho

zevnějškem a možnostmi Praacutece je daacutele rozšiacuteřena o přiacutedavneacute rozšiřovaciacute moduly ktereacute lze v praxi

použiacutet společně s UMC100-FBP Uvedeny jsou i informace o připojitelneacutem ovlaacutedaciacutem LCD

panelu UMC100-PAN Kapitola č3 přibliacutežiacute ochranneacute funkce nabiacutezeneacute kontroleacuterem V dalšiacute čaacutesti

je obsažen naacutevrh aparatury pro demonstraci UMC100 a jeho funkciacute podrobneacute scheacutema zapojeniacute

tohoto přiacutepravku a samotnou laboratorniacute uacutelohu na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter

UMC100

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 15

MOTOROVYacute KONTROLEacuteR 1

Efektivniacute využiacutevaacuteniacute energie v průmyslu je důležiteacute Z praxe bylo zjištěno že viacutece jak 40

elektrickeacute energie vyrobeneacute na zemi je spotřebovaacutevaacuteno praacutevě v průmyslovyacutech odvětviacutech a z toho

až 65 je spotřebovaacutevaacuteno elektrickyacutemi motory Jak již samotnyacute naacutezev napoviacutedaacute jednaacute se o

zařiacutezeniacute určeneacute předevšiacutem pro hliacutedaacuteniacute chodu asynchronniacuteho motoru Hlavniacute funkciacute motoroveacuteho

kontroleacuteru je diagnostika veličin se kteryacutemi motor pracuje Vyacutesledkem operace byacutevaacute sled

informaciacute ktereacute jsou předaacutevaacuteny obsluze nebo dispečinku Data o zkoumaneacutem motoru je možneacute

ziacuteskat buď formou integrovaneacuteho popř připojitelneacuteho zobrazovaciacuteho prvku nebo

prostřednictviacutem konektoru kteryacute komunikuje pomociacute datoveacute sběrnice s počiacutetačem V obou

přiacutepadech jsou obsluze poskytovaacutena rozsaacutehlaacute provozniacute servisniacute a diagnostickaacute data motoru

Takto ziacuteskaneacute informace umožňujiacute obsluze odhalovat chyby omezit je nebo jim dokonce

v budoucnu zabraacutenit a tiacutem i předejiacutet možneacutemu poškozeniacute motoru resp neplaacutenovaneacutemu vyacutepadku

vyacuteroby[13]

11 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP

Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP (daacutele jen UMC100) společnosti ABB sro je

zařiacutezeniacute použiacutevaneacute pro řiacutezeniacute ochranu a sledovaacuteniacute chodu trojfaacutezovyacutech asynchronniacutech motorů

UMC100-FBP je naacutestupcem staršiacuteho modelu řiacutediacuteciacute jednotky UMC22-FBP kteraacute se ve světě

využiacutevaacute v mnoha projektech Nejčastějšiacute průmyslovaacute odvětviacute použiacutevajiacuteciacute UMC22 i UMC100 jsou

např

rafinerie

technickeacute vybaveniacute elektraacuteren

těžba nerostnyacutech surovin

chemickyacute průmysl

papiacuterny

ocelaacuterny

potravinaacuteřstviacute a vyacuteroba naacutepojů

Jako naacutestupce staršiacuteho typu kontroleacuteru se použiacutevaacute již zmiacuteněnaacute UMC100 kteraacute od ochrany a

řiacutezeniacute motoru nabiacuteziacute i detekci vyacutepadku napaacutejeciacute faacuteze motoru nastavitelnou ochranu během

rozběhu nebo normaacutelniacutem provozu a mnoho dalšiacutech funkciacute ktereacute budou daacutele zmiacuteněny Použitiacute

UMC100 je diacuteky sveacute velikosti programovatelnosti a integrovaneacutemu měřiacuteciacutemu systeacutemu vhodneacute

pro modernizaci zastaralyacutech rozvaacuteděčů v již zaběhlyacutech provozech

Oficiaacutelniacute naacutezev kontroleacuteru obsahuje přiacuteponu FBP UMC100 je vybaven komunikačniacutem

rozhraniacutem pro připojeniacute do různyacutech průmyslovyacutech sběrnic siacutetiacute jako je PROFIBUS DP

DeviceNet MODBUS a CANopen To vše pomociacute skupiny produktů FieldBusPlug UMC100 je

takeacute ovšem možneacute použiacutet jako samostatneacute zařiacutezeniacute bez připojeniacute řiacutediacuteciacute sběrnice Změřeneacute

veličiny při chodu motoru (napětiacute proudhellip) jsou zpracovaacutevaacuteny v řiacutediciacutem systeacutemu samotneacuteho

kontroleacuteru kde jsou okamžitě vyhodnocovaacuteny Tato schopnost pomaacutehaacute k rychleacute detekci poruchy

a k zajištěniacute dopadů na ostatniacute zařiacutezeniacute v diagnostikovaneacute soustavě Daacutele napomaacutehaacute k řešeniacute

vhodnyacutech opatřeniacute pro přiacutepad dalšiacutech negativniacutech jevů a přiacutepadnyacutech vaacutežnyacutech poruch

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 16

12 Instalace

Samotnyacute koncept uzpůsobenyacute pro tyto aplikace naacutem zapřiacutečiňuje zkraacuteceniacute uacutesiliacute a naacutemahy při

zdlouhaveacutem vodičoveacutem propojeniacute v rozvaacuteděči jelikož veškereacute požadovaneacute ochranneacute

monitorovaciacute a řiacutediacuteciacute funkce jsou integrovaacuteny do jedineacuteho modulaacuterniacuteho zařiacutezeniacute UMC100 je

možneacute diacuteky kompaktniacutemu provedeniacute veškeryacutech jeho komponent jednoduše umiacutestit do stiacutesněnyacutech

prostor vyacutesuvnyacutech rozvaacuteděčů nebo do již použiacutevanyacutech staršiacutech zařiacutezeniacute Jednaacute se o zařiacutezeniacute a

provozy kteraacute prochaacuteziacute modernizaciacute a vyžadujiacute použitiacute noveacute technologie provozu a obohaceniacute o

noveacute způsoby řiacutezeniacute a ochran motorů od zastaralyacutech a vysloužilyacutech elektromagnetickyacutech releacute

Moderniacute motoroveacute kontroleacutery se ovšem nepoužiacutevajiacute pouze pro renovace a modernizace staršiacutech

provozů ale je samozřejmostiacute že noveacute společnosti s vysokyacutem počtem až tisiacutecem motorů saacutehnou

po technologicky vyspěleacutem ochranneacutem a monitorovaciacutem zařiacutezeniacute pro trojfaacutezoveacute asynchronniacute

motory

Montaacutež zařiacutezeniacute do rozvaacuteděče je velice jednoduchaacute Postačiacute pouze všeobecně použiacutevanaacute DIN

lišta (EN50022-35) na kterou se kontroleacuter zasadiacute nebo je možneacute upevněniacute 4 šrouby M4

Demonstrativniacute zasazeniacute na DIN lištu je předvedeno na Obr 11

Obr 11 Instalace UMC100-FBP na DIN lištu[1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 17

TECHNICKEacute VYBAVENIacute UMC100-FBP 2

21 Kompaktniacute zaacutekladniacute jednotka

Zaacutekladniacute jednotka kontroleacuteru obsahuje nejdůležitějšiacute čaacutesti jako je integrovanyacute měřiciacute systeacutem

a 2 seacuterie svorek Tyto svorky tvořiacute vstupy a vyacutestupy kontroleacuteru Jsou tvořeny 6 digitaacutelniacutemi vstupy

24V DC (spodniacute svorky) 1 integrovanyacute vstupem pro připojeniacute PTC termistoru a 4 vyacutestupy (horniacute

svorky) Tyto vyacutestupy tvořiacute 3 vyacutestupniacute releacute a 1 digitaacutelniacute tranzistorovyacute vyacutestup UMC100 takeacute

disponuje třemi LED pro signalizaci stavu technickeacuteho vybaveniacute Umožňuje tedy provoz bez

použitiacute sběrnicoveacuteho systeacutemu a daacutelkoveacute přiřazeniacute parametrů přes řiacutediciacute systeacutem Na Obr 21 je

patrneacute použitiacute konektoru M12

[2]

Obr 21 Vnějšiacute popis UMC100-FBP a s připojenyacutem UMC100-PAN

1 upevňovaciacute očka pro montaacutež 4 šrouby M4 Očka je možneacute odlomit pokud bude zařiacutezeniacute

připevněno na DIN lištu

2 konektory pro připojeniacute odporoveacuteho PTC sniacutemače

3 připojovaciacute svorky pro komunikaci s IO moduly

4 zaacutestrčka M12 pro připojeniacute konektoru FieldBusPlug

5 3 stavoveacute LED kontrolky

zelenaacute ndash motor připraven

žlutaacute ndash motor je v provozu

červenaacute ndash přetiacuteženiacute nebo porucha motoru (hlaacutešeniacute chyby)

6 připojovaciacute svorky pro releacuteoveacute vyacutestupy

(šrouby nepoužiacutevanyacutech svorek musiacute byacutet dotaženy pro zajištěniacute ochrany proti naacutehodneacutemu

vyšroubovaacuteniacute a naacutesledneacutemu kontaktu)

7 konektor pro připojeniacute ovlaacutedaciacuteho LCD panelu Control Panel UMC100-PAN

8 prvniacute dvě svorky sloužiacute pro napaacutejeciacute napětiacute 24V DC 24VDC vyacutestup a DI0 až DI0 jsou

připojovaciacute svorky pro digitaacutelniacute vyacutestupy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 18

9 znaacutezorněnaacute draacuteha proudu pro napaacutejeniacute motoru vodiči o průměru až 11mm což odpoviacutedaacute

průřezu vodiče až 25mm2

211 Stavebniacute bloky

Naacutesledujiacuteciacute scheacutema demonstruje hlavniacute funkčniacute bloky UMC100 a tok dat mezi nimi Obr 22

Hlavniacute blok (Protection) obsahuje prvky souvisejiacuteciacute s ochrannyacutemi prvky Motorovaacute ochrana maacute

vždy vyššiacute prioritu než spiacutenaacuteniacute releacuteovyacutech vyacutestupů Ochrana působiacute přiacutemo na vyacutestup releacute a může

motor zastavit Pokud selže některaacute čaacutest HW zařiacutezeniacute kontrola Hardware Supervision otevře

releacuteoveacute vyacutestupy z bezpečnostniacutech důvodů automaticky Hardware Supervision neniacute možneacute

vyřadit

Měřeniacute proudu poskytuje informace o aktuaacutelniacutem proteacutekajiacuteciacutem proudu motorem kdy zařiacutezeniacute

měřiacute proud v jednotlivyacutech faacuteziacutech a vypočte středniacute hodnotu Naacutestupce původniacuteho kontroleacuteru

UMC22 použiacutevaacute aktuaacutelniacute informace o proudu a takeacute počiacutetaacute odpoviacutedajiacuteciacute teplotu motoru pomociacute

tepelneacuteho modelu Na určiteacute definovaneacute uacuterovni skutečneacute nebo vypočiacutetaneacute teploty dojde k vypnutiacute

motoru z důvodu přetiacuteženiacute

PTC input - tento vstup sloužiacute pro připojeniacute PTC termistoru pro měřeniacute skutečneacute teploty

vinutiacute motoru

Blok (Motor control) obsahuje množstviacute řiacutediacuteciacutech funkciacute Veškereacute přiacutechoziacute přiacutekazy z hlavniacuteho

panelu z digitaacutelniacutech vstupů nebo z FBP rozhraniacute jsou seřazeny a podle nastaveniacute uživatele jsou

poteacute zpracovaacutevaacuteny Blok Starter function řiacutediacute releacuteoveacute vyacutestupy Všechny bloky pracujiacute v logickeacutem

sledu Obvykle majiacute předem definovaneacute aplikace ktereacute budou provaacutedět UMC100 ovšem nabiacuteziacute i

vytvaacuteřeniacute vlastniacutech aplikaciacute [1]

Obr 22 Zaacutekladniacute blokoveacute scheacutema UMC100-FBP a tok dat mezi hlavniacutemi čaacutestmi zařiacutezeniacute [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 19

22 Ovlaacutedaciacute panel UMC100-PAN

UMC100-PAN je LCD panel kteryacutem lze rozšiacuteřit UMC100 o zobrazovaciacute prvek Tento prvek

připojiacuteme na UMC (Obr 21 7 -Konektor pro připojeniacute ovlaacutedaciacuteho LCD panelu Control Panel

UMC100-PAN) Zmiacuteněnyacute typ LCD je možneacute připojit pouze na UMC100 jelikož neniacute

kompatibilniacute se staršiacutem typem UMC22 LCD je předevšiacutem určen pro montaacutež na čelniacutem panelu

nebo na rozvaděči Ovlaacutedaciacute panel sloužiacute k lokaacutelniacutemu zobrazeniacute všech dat Poruchy (errors) a

vyacutestrahy jsou zobrazovaacuteny v nezakoacutedovaneacute podobě Externiacute zaacutevada může byacutet doplněna

individuaacutelniacutem textem např Phase loss Veškereacute parametry je možneacute nastavovat měnit a dle

potřeby chraacutenit přiacutestupovyacutem heslem

Panel sloužiacute pro zobrazeniacute veškeryacutech uacutedajů o obvodu jako např

proud prochaacutezejiacuteciacute motorem (možneacute absolutniacute zobrazeniacute v A nebo relativniacute v )

napětiacute na jednotlivyacutech faacuteziacutech L1-L3 (při použitiacute VI150(5))

aktuaacutelniacute uacutedaje o sepnutyacutech vstupech a vyacutestupech

způsob zapojeniacute motoru-přiacutemyacute chod reverzniacute chodhellip

Při vyacuteskytu přetiacuteženiacute dojde k vybaveniacute ochrany Na LCD je možneacute sledovat časovyacute odpočet

kteryacute zbyacutevaacute do dalšiacuteho možneacuteho uvedeniacute motoru do chodu po vychladnutiacute Po uplynutiacute tohoto

časoveacuteho uacuteseku může byacutet motor opět spuštěn [1]

Obr 23 Popis UMC100-PAN

1 3 stavoveacute LED

zelenaacute ndash zařiacutezeniacute připraveno

žlutaacute ndash zařiacutezeniacute v chodu

červenaacute ndash hlaacutešeniacute poruchy

2 podsviacutecenyacute LCD display

3 vstup do menu ovlaacutedaacuteniacute (Enter Control Menu)

4 vstup do menu nastaveniacute (Enter Configuration Menu)

5 posun nahoru

6 stop motoru

7 posun dolů

8 start motoru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 20

23 Napěťovyacute a rozšiřovaciacute modul

Napěťovyacute VI15x a rozšiřovaciacute (vstupně vyacutestupniacute) modul DX1xx sloužiacute pro možneacute rozšiacuteřeniacute

UMC o dalšiacute vstupy a vyacutestupy v přiacutepadě modulu DX a o měřeniacute napětiacute pomociacute modulu VI

231 Nastaveniacute komunikace

Při použitiacute rozšiřovaciacutech modulů je nejprve nutno pomociacute UMC100-PAN nastavit jejich

připojeniacute Nastaveniacute a uvedeniacute do chodu je provedeno naacutesledujiacuteciacutem způsobem

V hlavniacutem menu (ovlaacutedaacuteniacute pomociacute LCD) vybereme položku IO modules a volbu potvrdiacuteme

přiacuteslušnyacutem tlačiacutetkem Tlačiacutetky Nahoru nebo Dolů vybereme požadovanyacute modul kteryacute chceme

propojit s kontroleacuterem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on [1]

Nastaveniacutem na bdquoonldquo uvedeme moduly do provozu Funkce napěťoveacuteho modulu (VI15x) je

ověřitelnaacute jednoduchyacutem způsobem Pokud nejsou připojeny napaacutejeciacute faacuteze na svorky L1L2 a L3

modulu zařiacutezeniacute hlaacutesiacute chybu z důvodu ochrany při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze [4] [5]

232 VI15x- FBP

VI15x je přiacutedavnyacute napěťovyacute modul sloužiacuteciacute pro měřeniacute sdruženeacuteho popř faacutezoveacuteho napětiacute

motoru Z hodnot proudu měřenyacutech UMC a napětiacute pomociacute VI15x je možno vyhodnotit faacutezovyacute

posuv mezi napětiacutem a proudem Naměřeneacute hodnoty putujiacute skrze komunikačniacute kanaacutel směrem k

UMC100 K propojeniacute s UMC100 sloužiacute piny s označeniacutem Ca a Cb Daacutele modul obsahuje svorky

pro připojeniacute jednotlivyacutech faacutezovyacutech vodičů L1L2 a L3 Pro spraacutevnyacute sled faacuteziacute a jeho detekci musiacute

byacutet dodrženo spraacutevneacute zapojeniacute vzhledem k proudům měřenyacutem v UMC VI150 sloužiacute pro

připojeniacute pouze do uzemněneacute soustavy ( TN-C nebo TN-S) Modul VI155 lze naopak použiacutet jak

pro uzemněneacute soustavy (TN) tak i pro neuzemněneacute (IT) Oba typy sloužiacute k upevněniacute na DIN

lištu [1] [3]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 21

2321 Vnitřniacute struktura VI150-FBP

Obraacutezek přibližuje vnitřniacute strukturu použiteacuteho napěťoveacuteho modulu VI150

Obr 24 Struktura napěťoveacuteho modulu VI150 [3]

Obr 25 Vnějšiacute popis modulu VI150 pro UMC100-FBP

1 konektory pro komunikaci s UMC100 a pro komunikaci s rozšiřovaciacutemi moduly DX111-

FBP a DX122-FBP

2 napěťoveacute vstupy

3 releacuteovyacute vyacutestup

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 22

4 svorky pro připojeniacute napaacutejeciacuteho napětiacute 24VDC

5 3 stavoveacute LED

zelenaacute - zařiacutezeniacute připraveno

žlutaacute - varovaacuteniacute

červenaacute - porucha zařiacutezeniacute

6 popisovyacute štiacutetek

233 DX111-FBP

Modulaacuterniacute zařiacutezeniacute umožňujiacuteciacute rozšiacuteřeniacute UMC100 o dalšiacute pomocneacute vstupy a vyacutestupy

použitelneacute pro různaacute hlaacutešeniacute a vyacutestrahy Digitaacutelniacute vstupy jsou potenciaacuteloveacute s napětiacutem 24V DC

Proto je nutneacute pro ovlaacutedaciacute obvody dodržet napětiacute 24V DC nebo bezpotenciaacuteloveacute kontakty (tj

releacute) připojeneacute ze svorky +24V

Rozšiřovaciacute modul DX111-FBP nabiacuteziacute množstviacute vstupů a vyacutestupů uvedenyacutech v (Tab 21)

Vstupy 8 digitaacutelniacutech vstupů 24V DC

Vyacutestupy 4 releacuteoveacute vyacutestupy

1 analogovyacute vyacutestup

Vstupniacute napětiacute 24V DC

Vstupniacute proud 60 mA

Logickaacute 0 -312hellip+5V DC

helliphelliphelliphellipcv1 +15hellip+312V DC

Tab 21 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX111-FBP [1]

234 DX122-FBP

Multifunkčniacute modul DX122-FBP maacute srovnatelneacute vlastnosti jako předešlaacute DX111 ovšem

rozdiacutel je v tom že DX122 nabiacuteziacute osm digitaacutelniacutech vstupů pro napětiacute 110V až 230V AC

Vstupy 8 digitaacutelniacutech vstupů 110-230V AC

Vyacutestupy 4 releacuteoveacute vyacutestupy

1 analogovyacute vyacutestup

Vstupniacute napětiacute 110V AChellip 240V AC

Vstupniacute proud 60 mA

Logickaacute 0 0hellip 40V AC

helliphelliphelliphelliphellip 1 74hellip 265V AC

Tab 22 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX122-FBP [1]

Pomocnyacute rozšiřovaciacute modul se k UMC100 připojiacute na svorky Ca a Cb patrneacute na (Obr 21)

Připojeniacute lze proveacutest prostou kroucenou dvoulinkou Vzhledem k omezenyacutem prostoraacutem

rozvaacuteděčů kam je UMC100 instalovaacuteno je možneacute připojit rozšiřovaciacute modul odděleně od

kontroleacuteru a to až do vzdaacutelenosti maximaacutelniacute deacutelky 3m [1] [5]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 23

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezek (Obr 26) opět popisuje svorky a monitorovaciacute prvky DX122

Obr 26 Vnějšiacute popis IO modulu DX122-FBP pro UMC100-FBP

1 releacuteoveacute vyacutestupy (čaacutest 1)

2 releacuteoveacute vyacutestupy (čaacutest 2)

3 analogovyacute vyacutestup

4 komunikačniacute port s UMC

5 popisovyacute štiacutetek

6 digitaacutelniacute vstupy (110V AC- 230V AC)

7 3 stavoveacute LED

zelenaacute ndash zařiacutezeniacute v provozu

žlutaacute ndash vyacutestraha

červenaacute ndash porucha modulu

8 svorky pro napaacutejeniacute 24 V DC

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 24

24 Proudovyacute měřiacuteciacute transformaacutetor

Proudoveacute měřiacuteciacute transformaacutetory sloužiacute pro měřeniacute většiacutech hodnot střiacutedavyacutech proudů než je

dovoleno měřiacuteciacutem přiacutestrojem a takeacute ke galvanickeacutemu odděleniacute vedeniacute od měřiacuteciacuteho přiacutestroje

Funkce je založena na principu elektromagnetickeacute indukce Primaacuterniacute vinutiacute je tvořeno silovyacutem

vodičem měřeneacuteho vedeniacute Průchodem proudu primaacuterniacutem vedeniacutem se v magnetickeacutem obvodu

(jaacutedru) vytvaacuteřiacute magnetickyacute tok Φ a na zaacutekladě Faradayova zaacutekona elektromagnetickeacute indukce se

v sekundaacuterniacutem vinutiacute indukuje napětiacute Na sekundaacuterniacute vinutiacute je připojena měřiacuteciacute soustava

Obr 27 Magnetizačniacute charakteristika feromagnetickeacuteho materiaacutelu

Z průběhu magnetizačniacute charakteristiky feromagnetickeacuteho materiaacutelu (zaacutevislosti magnetickeacute

indukce na intenzitě magnetickeacuteho pole ) je patrnyacute stav kdy dojde k nasyceniacute magnetickeacuteho

obvodu transformaacutetoru Při nasyceniacute dochaacuteziacute ke změně vlastnostiacute feromagnetickeacuteho materiaacutelu

a křivka se od lineaacuterniacuteho průběhu odklaacuteniacute (tzv koleno magnetizačniacute křivky)

Obr 28 Měřiacuteciacute transformaacutetor proudu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 25

241 Externiacute proudovyacute transformaacutetor CTs

Externiacute přiacutestrojovyacute transformaacutetor proudu (daacutele jen PTP) se použiacutevaacute v přiacutepadě je-li jmenovityacute

proud motoru vyššiacute než 63A tzn sloužiacute k přizpůsobeniacute proudoveacuteho rozsahu na hodnotu kterou

je schopno UMC změřit UMC100 je schopneacute pracovat pomociacute sveacuteho vnitřniacuteho transformaacutetoru

proudu s proudem 024A až 63A Použitiacutem externiacuteho proudoveacuteho transformaacutetoru je možneacute měřit

až do hodnoty 850A PTP k UMC100 majiacute převod 1854 3104 5004 a 8504 Sekundaacuterniacutemu

vinutiacute odpoviacutedajiacute 4A což uvaacutediacute popis jednotlivyacutech typů proudovyacutech transformaacutetorů uvedenyacutech v

Tab 23 (čiacuteslo uvedeneacute za lomiacutetkem) např CTxLxxxR4 PTP maacute definovanou třiacutedu přesnosti

3 v celeacutem rozsahu měřeneacuteho proudu K nasyceniacute magnetickeacuteho obvodu transformaacutetoru dochaacuteziacute

přibližně při osminaacutesobku jmenoviteacuteho proudu In Transformaacutetor je navržen s třiacutedou přesnosti

5P10 to znamenaacute že je deklarovaacutena průměrnaacute chyba menšiacute než 5 při 10 naacutesobku jmenoviteacute

hodnoty proudu

Typ Rozsah měřeneacuteho proudu

[A] Max proud CT

[A]

CT4L185R4 60 až 185 1480

CT4L310R4 180 až 310 2480

CT5L500R4 300 až 500 4000

CT5L850R4 500 až 850 6800

Tab 23 Typy externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů s měřenyacutem rozsahem proudu [1]

Přiacuteklad zvoleniacute přiacuteslušneacuteho proudoveacuteho transformaacutetoru

Maacuteme-li asynchronniacute motor se jmenovityacutem proudem napřiacuteklad In =190 A a rozběhovyacutem proudem

pak

(241)

Podle jmenoviteacuteho proudu motoru In ležiacuteciacuteho v rozsahu měřeneacuteho proudu přiacuteslušneacuteho CT

určiacuteme typ CT Nachaacuteziacute-li se jmenovityacute proud na mezi některeacuteho z měřenyacutech rozsahů CT voliacute se

takovyacute transformaacutetor kteryacute maacute většiacute hodnotu maximaacutelniacuteho proudu než vyacuteslednyacute proud

vypočtenyacute Pro přiacutepad kdy In = 190 A je zvolenyacute typ CT4L310R4 Maximaacutelniacute proud Imax splňuje

požadavek kdy Imax lt max proud CT [1]

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezky představujiacute konstrukce externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 26

Obr 29 Konstrukce CT4L185R4 a CT4L310R4 [3]

Obr 210 Konstrukce CT5L500R4 a CT5L850R4 [3]

Zapojeniacute svorkovnice proudoveacuteho transformaacutetoru CTxLxxxR4 a propojeniacute s integrovanyacutem

proudovyacutem transformaacutetorem UMC100 Na Obr 211 je takeacute ukaacutezka zapojeniacute měřiacuteciacuteho modulu

VI150 na přiacutevodniacutech faacuteziacutech motoru a dodrženyacutem spraacutevnyacutem sledem faacutezovyacutech vodičů

Obr 211 UMC100-FBP s CT a VI150 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 27

Obecně platiacute že vyacutevody sekundaacuterniacuteho vinutiacute měřiacuteciacuteho transformaacutetoru proudu jsou buď

zapojeny na zaacutetěž nebo jsou propojeny do zkratu a jeden z vyacutevodů je uzemněn Princip je patrnyacute

z Obr 212 V praxi dochaacuteziacute k několika chybaacutem způsobenyacutech neznalostiacute problematiky Jednou

může byacutet neuzemněniacute jedneacute ze svorek sekundaacuterniacuteho vinutiacute Pak vznikaacute kapacitniacute vazba a

sekundaacuterniacute vinutiacute v nepřiacutezniveacutem přiacutepadě může vysokyacutem napětiacutem termionicky působit - jiskřit na

kostru Při delšiacutem trvaacuteniacute jiskřiveacuteho vyacuteboje v jednom miacutestě se mohou vytvořit vodiveacute cesty a dojiacutet

k průrazu izolace vodiče k nežaacutedouciacutemu potenciaacutelu [8]

Obr 212 Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů proudu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 28

25 Monitorovaciacute zařiacutezeniacute zemniacuteho spojeniacute CEM11-FBP

Monitorovaciacute zařiacutezeniacute CEM11 sloužiacute pro sledovaacuteniacute svodovyacutech proudů respektive zemniacutech

poruch způsobenyacutech nejčastěji poškozenou izolaciacute Detekovaacuteniacute takoveacuteto zemniacute poruchy vede

k odpojeniacute motoru aby nedošlo k jeho většiacutemu poškozeniacute nebo vede k upozorněniacute obsluhy

Možneacute použitiacute je jak v siacutetiacutech uzemněnyacutech tak i neuzemněnyacutech

Průvlečneacute oko je tvořeno toroidniacutem transformaacutetorem kteryacutem jsou vedeny všechny 3 faacutezoveacute

vodiče motoru Zařiacutezeniacute hliacutedaacute to aby součet faacutezorů proudů byl nulovyacute Jakmile dojde k zemniacutemu

spojeniacute tzn součet faacutezorů proudů je nenulovyacute integrovanaacute elektronika CEM11 sepne nebo

rozepne vyacutestup Vyacutestup z CEM11 pracuje jako kontakt kteryacute detekovanou hodnotou proudu

sepne nebo rozepne 24V DC jenž poteacute může byacutet připojeno jako např digitaacutelniacute vstup do UMC

Nastaveniacute zpožděniacute sepnutiacute varovaacuteniacute nebo odpojeniacute lze zvolit v UMC a to v rozsahu od 01s ndash

255s Nastaveniacute citlivosti spiacutenaacuteniacute je možneacute v několika krociacutech Poloha přepiacutenače (0-7) s toleranciacute

na pozici 0 cca plusmn30 a daacutele vždy s toleranciacute cca plusmn10

CEM11 je možneacute uložit spolu s ostatniacutemi komponenty na DIN lištu normovaneacuteho rozměru

35mm nebo pomociacute přiacutedavneacuteho klipu pro nejmenšiacute rozměr CEM11-FBP20 [1]

Průměr průvlečneacuteho

oka [mm]

Proudovyacute rozsah

[mA]

20 80 - 1700

35 100 - 3400

60 120 - 6800

120 240 - 13600

Tab 24 Rozměry vyraacuteběnyacutech CEM11-FBPs udaacutevanyacutemi hodnotami svodovyacutech proudů

Obr 213 Zapojeniacute CEM11-FBP do obvodu [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 29

26 Napaacutejeciacute zdroj

Pro napaacutejeniacute modulů UMC100 DX122 a VI150 sloužiacute zdroj typu CP-D 2413 Jednaacute se o

napaacutejeciacute zdroj kteryacute na sveacutem vyacutestupu dovoluje regulaci napětiacute 24-28V DC s toleranciacute plusmn 1

Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute je umožněna z důvodu připojeniacute modulů na dlouheacute vedeniacute kde

vznikajiacute uacutebytky napětiacute praacutevě vlivem deacutelky vedeniacute Zpravidla klesne-li na vedeniacute napětiacute od

jednoho zdroje na ktereacutem je nastaveno maximaacutelniacute vyacutestupniacute napětiacute pod minimaacutelniacute hodnotu

potřebnou pro napaacutejeniacute modulu je nutneacute použiacutet dalšiacute napaacutejeciacute zdroj Maximaacutelniacute proud zdroje je

Imax = 13A a jmenovityacute vyacutestupniacute vyacutekon 30W Tento typ zdroje je diacuteky svyacutem modulaacuterniacutem

rozměrům možneacute umiacutestit na DIN lištu (EN50022-35) [6]

Naacutesledujiacuteciacute zatěžovaciacute charakteristika znaacutezorňuje zaacutevislost svorkoveacuteho napětiacute zdroje na

odebiacuteraneacutem proudu pro teplotu T=25degC

Obr 214 Zatěžovaciacute charakteristika zdroje CP-D 2413[6]

Obr 215 Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 30

27 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

Tento modul poskytuje komunikaci pro FieldBusPlug zařiacutezeniacute jako je např UMC100

s počiacutetačem prostřednictviacutem siacutetě Ethernet K MTQ22 lze připojit až 4 zařiacutezeniacute pro uacutesporu

naacutekladů Naacutesledujiacuteciacute popis je vztažen k Obr 216 kde jsou znaacutezorněny jednotliveacute čaacutesti modulu

1 konektory s označeniacutem X1 až X4 sloužiacute pro připojeniacute až 4 zařiacutezeniacute FBP

2 LED diody pro signalizaci aktuaacutelniacuteho stavu komunikace

3 micro USB konektor s označeniacutem X5 pro připojeniacute a konfiguraci pomociacute PC

4 dvě RJ45 zaacutesuvky s označeniacutem E1 a E2 pro připojeniacute pomociacute Ethernetoveacuteho kabelu

5 konektor pro připojeniacute 24V DC napaacutejeciacuteho napětiacute nese označeniacute X6

Obr 216 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 31

OCHRANNEacute FUNKCE 3Kontroleacuter nabiacuteziacute velkeacute množstviacute ochrannyacutech funkciacute potřebnyacutech pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacuteho chodu

motoru Některeacute funkce jsou aktivniacute pouze po čaacutest běhu motoru typicky při startu motoru jineacute

po jeho rozběhu Naacutesledujiacuteciacute tabulka (Tab 31) nastiacuteniacute přehled nejdůležitějšiacutech ochran motoru a

čas kdy jsou aktivovaacuteny

Ochrannaacute funkce Aktivniacute

Při tepelneacutem přetiacuteženiacute Vždy

Při zablokovaneacutem rotoru Při startu motoru

Při proudoveacutem přetiacuteženiacute Po startu

Při proudoveacutem podtiacuteženiacute Po startu

Sled faacuteziacute Vždy

Při faacutezoveacute nesymetrii Vždy

Při ztraacutetě faacuteze Vždy

PTC ochrana Vždy

Při zemniacutem spojeniacute Vždy po spuštěniacute

Při napěťovyacutech špičkaacutech Vždy

Při harmonickeacutem zkresleniacute Vždy

Tab 31 Ochranneacute funkce [1]

Nastaveniacute parametrů jednotlivyacutech ochran probiacutehaacute pomociacute UMC100-PAN

31 Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute

UMC100 disponuje nastavitelnyacutem vypiacutenaacuteniacutem při tepelneacutem přetiacuteženiacute podle třiacuted 5E 10E 20E

30E a 40E viz Obr 31 Tyto třiacutedy uvaacutedějiacute poměr mezi aktuaacutelniacutem prochaacutezejiacuteciacutem proudem

motorem I a jmenovityacutem proudem motoru In uvedenyacutem na štiacutetku v zaacutevislosti na maximaacutelniacute době

rozběhu t

Třiacuteda 5E 10E 20E 30E 40E

t [s] 15 3 6 3 12

Tab 32 Třiacutedy přetiacuteženiacute a čas odpojeniacute

Lze hovořit o dvou typech rozběhu motoru

1 normaacutelniacute rozběh - do 10s

2 těžkyacute rozběh - viacutece jak 10s

Při rozběhu zatiacuteženeacuteho motoru se otaacutečky zvyšujiacute z nuloveacute hodnoty na jmenovitou přičemž

dochaacuteziacute k naacuterůstu proudu až na několikanaacutesobek jeho jmenoviteacute hodnoty Zpravidla u většiacutech

motorů byacutevaacute naacuterůst až 10In tudiacutež v tento bdquokritickyacuteldquo okamžik nesmiacute vybavit ochrana na tepelneacute

přetiacuteženiacute Rozběh motoru pro UMC končiacute při poklesu proudu I na hodnotu 135 proudu

jmenoviteacuteho In nebo při dosaženiacute jmenovityacutech otaacuteček nn Udaacutevaneacute časy představuje Tab 32

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 32

311 Určeniacute teploty vinutiacute a vypiacutenaciacute třiacutedy

Podle způsobu určeniacute teploty vinutiacute motoru se ochrany rozlišujiacute na proudově nezaacutevisleacute a

proudově zaacutevisleacute

Proudově nezaacutevisleacute ochrany měřiacute přiacutemo teplotu ve vinutiacute motoru pomociacute vhodneacuteho čidla

teploty zpravidla termistoru Tiacutemto způsobem lze zjistit nedovoleneacute otepleniacute způsobeneacute např

poruchou cirkulace vzduchu kterou proudově zaacutevislaacute ochrana neniacute schopna vyhodnotit

Proudově zaacutevisleacute ochrany vyhodnocujiacute teplotu vinutiacute motoru nepřiacutemo a to prostřednictviacutem

vyacutepočtoveacuteho modelu z provozniacuteho proudu motoru Zvyacutešeniacute provozniacuteho proudu motoru maacute za

naacutesledek otepleniacute ktereacute vede trvaacute-li delšiacute dobu k poškozeniacute nebo zničeniacute motoru Ochrana při

tepelneacutem přetiacuteženiacute ndash TOL chraacuteniacute motor před přehřaacutetiacutem Tepelnyacute model je vypočiacutetaacutevaacuten za chodu i

v klidu motoru a z těchto stavů se pak zjistiacute tepelnaacute kapacita Znalost teacuteto hodnoty vede

k maximalizaci produktivity Funkčnost tepleneacuteho modelu je v souladu s normou

Při použitiacute motoru pro cyklickeacute operace dochaacuteziacute ke schodoviteacutemu zvyšovaacuteniacute teploty motoru Je

zapotřebiacute volit spraacutevnyacute čas intervalu mezi cykly aby nedochaacutezelo k přehřaacutetiacute a zbytečneacutemu

poškozeniacute izolace vinutiacute motoru

Funkce Thermal load (tzv tepelnaacute zaacutetěž) hliacutedaacute poměr aktuaacutelniacuteho prochaacutezejiacuteciacuteho proudu I a

jmenoviteacuteho proudu In motoru Jakmile poměr IIn přesaacutehne 100 začiacutenaacute odpočet TTT a motor

bude odpojen po uplynutiacute nastaveneacute periody Možnost opětovneacuteho spuštěniacute přetiacuteženeacuteho motoru

proběhne po jeho vychladnutiacute To je možneacute nastavit dvěma způsoby [1]

1 Ručně nastavenou periodou během ktereacute je motor blokovaacuten proti spuštěniacute

(ovlivňovaacuteno velikostiacute motoru teplotou prostřediacute kde je motor použit zda je vybaven

ventilaacutetorem či neniacute apod)

2 Nastaveniacutem procentuaacutelniacute hodnoty tepelneacute kapacity do ktereacute nebude moci obsluha

motor spustit (při nastaveniacute 50 nedojde k odblokovaacuteniacute ochrany pokud neklesne

tepelnaacute kapacita pod zadanou hodnotu)

Určeniacute vypiacutenaciacute třiacutedy je představeno na naacutesledujiacuteciacutem přiacutekladu

Maacuteme-li trojfaacutezovyacute asynchronniacute motor o vyacutekonu 22kW poměr IIn = 5 a maximaacutelniacute dobu

rozběhu to = 10s Z přiloženeacuteho grafu vypiacutenaciacutech třiacuted pro studenyacute motor určiacuteme požadovanou

třiacutedu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 33

Obr 31 Vypiacutenaciacute třiacutedy pro UMC100-FBP[1]

Z vyacutesledku je patrneacute že motor budeme vypiacutenat proti přetiacuteženiacute podle třiacutedy 5E jelikož křivka

pro 5E je pod maximaacutelniacute dobou rozběhu to = 10s Pokud by došlo ke zvoleniacute např třiacutedy 10E

hrozilo by poškozeniacute motoru jelikož by na motor působilo přetiacuteženiacute delšiacute dobu než je tomu

dovoleno [10]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 34

32 Ochrana při zablokovaneacutem rotoru

V okamžiku připojeniacute motoru na napaacutejeciacute siacuteť se rotor neotaacutečiacute (n = 0 s = 1) Motor je ve

stavu nakraacutetko a jeho proud je omezen pouze ohmickyacutemi odpory a rozptylovyacutemi reaktancemi

vinutiacute Zaacuteběrnyacute proud I1z dosahuje většinou 4 až 10 x většiacutech hodnot než proud jmenovityacute In

Určit velikost tohoto proudu je možneacute ze vztahu 321

radic

kde

U1 - Vstupniacute napětiacute

R1 - Odpor primaacuterniacuteho vinutiacute

Xr1 - Reaktance statoroveacuteho vinutiacute

Xrsquor20 - Reaktance zabrzděneacuteho rotoru

Rlsquo2s - Celkovyacute činnyacute odpor rotoru

RFe - Činnyacute odpor magnetickeacuteho obvodu

Xm - Reaktance magnetickeacuteho obvodu

I1z - Zaacuteběrnyacute proud

Obr 32 Obvodovyacute model asynchronniacuteho motoru pro jednu faacutezi statoroveacuteho vinutiacute ndash nakraacutetko

Velkyacute zatěžovaciacute moment Mz nebo mechanickaacute porucha může zapřiacutečinit zablokovaacuteniacute rotoru

Ochrannaacute funkce detekuje dlouhou počaacutetečniacute situaci kteraacute je praacutevě důsledkem zmiacuteněnyacutech přiacutečin

UMC100 tiacutemto odpojiacute motor od napaacutejeniacute čiacutemž ho ochraacuteniacute od nadměrneacuteho tepelneacuteho namaacutehaacuteniacute

V uživatelskeacutem prostřediacute je možneacute individuaacutelně nastavit jak maximaacutelniacute proud tak i čas po

ktereacutem dojde k odpojeniacute zablokovaneacuteho motoru Pro experimentaacutelniacute použitiacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy je nastavena hodnota poměru pro odpočet a naacutesledneacute odpojeniacute IIn na 300 [1] [9]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 35

33 Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute zabezpečiacute odpojeniacute motoru vyskytne-li se v obvodu většiacute

hodnota proudu než nastavenaacute jmenovitaacute In Bliacuteže tuto funkci představiacute přiloženyacute průběh Funkce

je aktivniacute až po roztočeniacute motoru v okamžiku rozběhu je neaktivniacute

Princip ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Do okamžiku T1 od zapnutiacute klesne zaacuteběrnyacute proud na hodnotu cca Ix = 135 In V časoveacutem

uacuteseku T1 až T2 dochaacuteziacute k naacuterůstu prochaacutezejiacuteciacuteho proudu motorem V okamžiku T2 překročiacute

proud hodnotu Ivar Tiacutemto okamžikem začne odpočet nastaveneacute doby zpožděniacute tvar kteraacute po

uplynutiacute sepne signalizaci varovaacuteniacute nadproudoveacuteho přetiacuteženiacute Odpočet doby tvar narůstaacute je-li

proud motorem I gt Ivar Jakmile proud I ge Iodp dochaacuteziacute k sepnutiacute čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute todp

Platiacute-li podmiacutenka I ge Iodp a dojde k načteniacute hodnoty todp UMC100 odpojiacute motor od napaacutejeniacute a tiacutem

zabraacuteniacute jeho poškozeniacute

Obr 33 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu přetiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash dosaženiacute vysokeacute proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash dosaženiacute hodnoty proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

34 Ochrana při proudoveacutem podtiacuteženiacute

Jakmile hodnota (činneacuteho) proudu klesne pod nastavenou uacuteroveň kteraacute je pro danyacute proces

typickaacute dojde v UMC100 k vybaveniacute ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a motor odpojiacute od

napaacutejeniacute Tato ochrana se předevšiacutem využiacutevaacute pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacute funkce čerpadla když detekuje

ztraacutetu jeho saacuteniacute či pro paacutesoveacute dopravniacuteky ve vyacuterobniacutech provozech Včasneacute varovaacuteniacute a odpojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 36

motoru snižuje zejmeacutena prostoje vyacuteroby Princip varovaacuteniacute a odpojeniacute je představen na

naacutesledujiacuteciacutem průběhu jak tomu bylo u ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Princip ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute zobrazeneacuteho průběhu

Po poklesu aktuaacutelniacuteho proudu v okamžiku T1 motor normaacutelně běžiacute V časoveacutem uacuteseku T1 až

T2 dochaacuteziacute k poklesu proudu pod jmenovitou hodnotu In až na nastavenou hodnotu Ivar Při

dosaženiacute teacuteto hodnoty začne odpočet varovaacuteniacute proudoveacuteho podtiacuteženiacute Nepřesaacutehne-li proud za

dobu kratšiacute než tvar mez Ivar (tzn nevzroste-li se zpět k In) dojde ke spuštěniacute signalizace

proudoveacuteho podtiacuteženiacute Při pokračujiacuteciacutem poklesu proudu jak je patrneacute v časoveacutem intervalu T2-T3

až na mez Iodp dojde k čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute Při překročeniacute nastaveneacute doby todp a za

podmiacutenky že proud I le Iodp UMC100 motor odpojiacute od napaacutejeciacute siacutetě

Obr 34 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash niacutezkaacute proudovaacute uacuteroveň kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash hodnota proudu kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

Popis funkce ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute blokoveacuteho scheacutematu

Signaacutel Istart představuje hodnotu proudu po startu motoru- log 1(tzn Signalizace motoru v

chodu) Tento signaacutel tvořiacute vstup logickeacuteho hradla AND (1) Funkci tohoto hradla znaacutezorňuje

přiloženaacute tabulka Tab 33 Druhyacute vstup signalizuje aktuaacutelniacute hodnotu proudu kteraacute motorem

proteacutekaacute Je-li proud IltIvar detekuje hradlo AND druhou logickou jedničku a hradlo vybaviacute podle

přiloženeacute tabulky Tento signaacutel z hradla aktivuje časovač zpožděniacute varovaacuteniacute Po uplynutiacute

nastaveneacuteho časoveacuteho uacuteseku signalizuje podtiacuteženiacute Dochaacuteziacute-li staacutele k poklesu proudu až do

uacuterovně kdy IltIodp pak na druheacutem logickeacutem hradle AND (2) budou na vstupu log 1 Sepne

čiacutetaacuteniacute zpožděniacute vypnutiacute a po uplynutiacute doby UMC motor vypne

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 37

Obr 35 Blokoveacute scheacutema ochrany proti proudoveacutemu podtiacuteženiacute [1]

Vstup Vyacutestup

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

Tab 33 Princip funkce logickeacuteho hradla AND

341 Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek

Při chodu asynchronniacuteho motoru odebiacuteraacute stroj ze siacutetě jalovyacute proud kteryacute je potřebnyacute pro

vytvořeniacute magnetizace hlavniacuteho magnetickeacuteho obvodu Tento tzv magnetizačniacute proud je

nezaacutevislyacute na zatiacuteženiacute stroje Uplatněniacute nalezne zejmeacutena při chodu napraacutezdno a maleacutem zatiacuteženiacute

kdy je uacutečiniacutek motoru niacutezkyacute Motor maacute tedy nejleacutepe pracovat při plneacutem zatiacuteženiacute[11]

Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek jsou důležiteacute parametry pro detekovaacuteniacute niacutezkeacute zaacutetěže nebo situace bez

zaacutetěže např uzavřenyacute ventil Pomociacute napěťoveacuteho modulu VI15x a UMC je měřeno sdruženeacute

(faacutezoveacute) napětiacute faacutezovyacute proud čili i faacutezovyacute posuv mezi proudem a napětiacutem - cos φ Pomociacute těchto

parametrů je UMC schopneacute analogicky spočiacutetat hodnotu činneacuteho přiacutekonu

radic

Poklesne-li poteacute činnyacute přiacutekon pod nastavenou procentuaacutelniacute hodnotu P (př 85 Pn) motor vypne

tj bude-li PPn le 085

Experimentaacutelniacutem měřeniacutem v raacutemci laboratorniacute uacutelohy byla pomociacute přiacutestroje Yokogawa WT1800

změřena zaacutevislost uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute motoru Z vyacutesledneacuteho grafu (Obr 37) je

patrneacute že se snižovaacuteniacutem zatiacuteženiacute rotoru klesaacute velikost uacutečiniacuteku Naměřeneacute hodnoty pro konstrukci

grafu jsou uvedeny v přiacuteloze

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 38

Obr 36 Charakteristiky asynchronniacuteho motoru při zatiacuteženiacute [11]

Obr 37 Graf zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti P2

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

01

02

03

04

05

06

07

08

09

0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000

P1 [

W]

cos

ϕ [

-]

P2 [W]

P2 P1 Q1

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 39

35 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

Princip ochrany

Je-li poměr nejnižšiacuteho proudu (Imin) a nejvyššiacuteho proudu (Imax) ve faacuteziacutech nad nastavenou

uacuterovniacute pro varovaacuteniacute sepne signalizace ztraacutety faacuteze Jakmile ovšem tento poměr překročiacute

nastavenou hodnotu pro odpojeniacute motoru sepne zpožděniacute vypnutiacute a podle nastaveneacute třiacutedy

přetiacuteženiacute motor po uplynutiacute časoveacuteho intervalu odpojiacute

Funkce faacutezoveacute nesymetrie je aktivniacute pouze tehdy je-li proud ve všech třech faacuteziacutech gt 25 In

(jmenoviteacuteho proudu) [1]

Naacutesledujiacuteciacute rovnice představuje vyacutepočet procentuaacutelniacuteho poměru proudu pro vypnutiacute motoru při

uacuteplneacute ztraacutetě faacuteze

(

)

36 Ochrana sledu faacuteziacute

Ochrana sledu faacuteziacute hliacutedaacute zejmeacutena spraacutevnyacute směr otaacutečeniacute motoru Důležiteacute pro použitiacute teacuteto

ochrany je miacutesto zapojeniacute napěťoveacuteho modulu VI15x Pokud by byl modul zapojen za stykači

nastala by chyba při reverzniacutem zapojeniacute Na stykačiacutech dochaacuteziacute zapojeniacutem k zaacuteměně dvou

faacutezovyacutech vodičů a tiacutem i změně směru otaacutečeniacute motoru UMC s pomociacute VI150 vyhodnotiacute situaci

jako chybovou a vypne motor Napěťovyacute modul se tedy zpravidla umiacutesťuje hned za hlavniacute jistiacuteciacute

prvek viz Obr 44

37 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Jedno z největšiacutech nebezpečiacute pro motor představuje ztraacuteta jedneacute napaacutejeciacute faacuteze Chod na 2

napaacutejeciacute faacuteze zatěžuje motor na tepelneacute uacutečinky proudu vlivem zvyacutešeniacute proudu ve zbylyacutech 2

faacuteziacutech UMC100 v tomto přiacutepadě vypiacutenaacute motor podle předem stanovenyacutech časovyacutech intervalů

Intervaly vypnutiacute jsou stejneacute jako pro ochranu proti proudoveacutemu přetiacuteženiacute (Tab 32) a

odpoviacutedajiacute nastaveneacute třiacutedě přetiacuteženiacute Tuto ochranu dřiacuteve zajišťovalo tepelneacute releacute ktereacute v tomto

přiacutepadě nemusiacute byacutet použito

38 PTC ochrana

381 Termistor

Termistor je polovodičovyacute nelineaacuterniacute dvojpoacutel jehož odpor se měniacute v zaacutevislosti na teplotě

prostřediacute ve ktereacutem pracuje Jeho vyacutehodou je že velmi rychle a citlivě reaguje na změnu teploty

Rozlišujeme zpravidla 2 druhy termistorů

1 NTC (Negative Temperature Coefficient) - termistor se zaacutepornyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou klesaacute jeho odpor (roste elektrickaacute vodivost a proud)

2 PTC (Positive Temperature Coefficient) ndash termistor s kladnyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou jeho odpor roste

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 40

Obr 38 Zaacutevislost odporu termistoru na teplotě

Použitiacute termistorů

NTC termistory se použiacutevajiacute zpravidla k měřeniacute teploty PTC se nejčastěji využiacutevaacute

v kuchyňskyacutech spotřebičiacutech kde je požadovaacutena konstantniacute teplota v termostatech a pro hliacutedaacuteniacute

teploty vinutiacute motorů

382 Princip PTC ochrany v UMC

Ochrana obecně spadaacute do skupiny proudově nezaacutevislyacutech ochran Pro připojeniacute PTC

termistoru sloužiacute na UMC100 svorky s označeniacutem T1 a T2 PTC zvyšuje svůj odpor s rostouciacute

teplotou proto je možneacute ho použiacutet pro hliacutedaacuteniacute teploty např vinutiacute statoru UMC je schopneacute

vyhodnotit tuto změnu odporu a vydaacute signaacutel k odpojeniacute motoru od siacutetě [7]

39 Ochrana při zemniacutem spojeniacute

Ochrana při zemniacutem spojeniacute spočiacutevaacute v ochraně motoru siacutetě a technologie při nežaacutedouciacutech

vlivech způsobenyacutech zejmeacutena staacuternutiacutem izolace a jejiacutem zhoršenyacutem izolačniacutem uacutečinkem

Naacutesledkem přetěžovaacuteniacute vedeniacute vlhkostiacute kondenzaciacute vody v elektrickeacutem zařiacutezeniacute nebo vrstvou

vodiveacuteho prachu jsou praacutevě zhoršeneacute vlastnosti izolačniacuteho materiaacutelu To vede k nechtěneacutemu

zemniacutemu spojeniacute Zemniacute spojeniacute je monitorovaacuteno pomociacute UMC spolu se zařiacutezeniacutem CEM11 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 41

DEMONSTRAČNIacute PŘIacutePRAVEK 4

41 Naacutevrh přiacutepravku

Pro demonstraci UMC100 a dalšiacutech prvků řady produktů od společnosti ABB sro byl

navržen přiacutepravek pomociacute software AutoCAD a Inventor Professional kteryacute byl poteacute zrealizovaacuten

a oživen Nosnaacute konstrukce (Obr 41) je vyrobena z jӓckelu o rozměru 25x25mm

Obr 41 Nosnaacute konstrukce

Čelniacute panel tvořiacute plech s rozměry 500x400mm a tloušťky 2mm Plech je osazen

rozvaděčovyacutemi kanaacutely 25x60mm a všemi potřebnyacutemi komponentami pro realizaci zapojeniacute

Vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho panelu s otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky a ovlaacutedaciacute tlačiacutetka motoru je na

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

Seznam použityacutech komponent Vyacuterobce

3-poacutelovyacute jistič C16 OEZ

Pojistkoveacute pouzdro RSP 4 Elektro Bečov

Komunikačniacute modul MTQ22-FBP ABB

Motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP ABB

Napěťovyacute modul VI150-FBP ABB

Rozšiřovaciacute modul DX122-FBP ABB

Ministykač LC1K09(LC1K12) Schneider Electric

Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A ABB

Rozvaděčovyacute kanaacutel 25x60mm KOPOS

Přiacutestrojoveacute zdiacuteřky 4mm do panelu AMASS

Tlačiacutetka do panelu 250V1A JIETONG

Tab 41 Seznam použityacutech komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 42

Pro konstrukci je důležiteacute aby navrženyacute panel rozměrově odpoviacutedal všem potřebnyacutem přiacutestrojům

a modulům Pro tuto přiacuteležitost je pomociacute software AutoCAD vytvořen vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho

panelu Obr 43 kteryacute je konstruovaacuten

Navrženyacute nosnyacute plech tloušťky 2mm na ktereacutem jsou umiacutestěny veškereacute komponenty Obr 42

Ve vrchniacute polovině plechu jsou vyvrtaacuteny otvory o průměru 4mm sloužiacuteciacute pro uchyceniacute

rozvaděčoveacuteho kanaacutelu a DIN lišty Ve středniacute čaacutesti plechu jsou 4 průvlečneacute otvory určeneacute k

průchodu vodičů ze zadniacute čaacutesti plechu (od napaacutejeciacutech svorek) do rozvaděčoveacuteho kanaacutelu na straně

předniacute Pro tuto potřebu jsou stejneacute otvory vyvrtaacuteny takeacute do dna kanaacutelu Ve spodniacute čaacutesti jsou

otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky pomociacute kteryacutech je zajištěno napaacutejeniacute panelu a poteacute napaacutejeniacute motoru

a 3 otvory na ovlaacutedaciacute tlačiacutetka k zajištěniacute ovlaacutedaacuteniacute motoru Uchyceniacute plechu k nosneacute konstrukci

je provedeno samořeznyacutemi šroubky M5 v roziacutech plechu

Obr 42 Naacutevrh plechu panelu

Vyacutekres plechu s udaacuteniacutem koacutet je obsažen v přiacuteloze praacutece viz Obr 01

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 43

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 44

42 Scheacutema zapojeniacute přiacutepravku

Demonstračniacute panel je uzpůsoben pro reverzniacute chod trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 44 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho přiacutepravku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 45

43 Vyacuteslednyacute přiacutepravek

Vyacuteslednyacute osazenyacute a zapojenyacute přiacutepravek určenyacute pro laboratorniacute uacutelohu doplněnyacute vhodnyacutemi

štiacutetky pro ovlaacutedaacuteniacute a zapojeniacute napaacutejeciacute siacutetě (VSTUP) a motoru (VYacuteSTUP)

Obr 45 Demonstračniacute přiacutepravek

Zadniacute čaacutest panelu s izolovaacuteniacutem konektorů FASTON pomociacute teplem smrštitelneacute bužiacuterky před

nebezpečnyacutem dotykem živeacute čaacutesti

Obr 46 Zadniacute pohled

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 46

44 Demonstračniacute kufr pro ABB

Pro společnost ABB sro byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 prezentujiacuteciacute

jeho možnosti Zaacutekladniacutem požadavkem naacutevrhu bylo řešeniacute pomociacute jednofaacutezoveacuteho napaacutejeniacute

Jelikož UMC100 je uzpůsobeno pro chod trojfaacutezovyacutech motorů je použit frekvenčniacute měnič

ACS50 kteryacute nabiacuteziacute při napaacutejeniacute pomociacute jednofaacutezoveacute siacutetě na sveacutem vyacutestupu napětiacute 3x230V50Hz

Pro digitaacutelniacute vstupy UMC100 a rozšiřovaciacuteho modulu DX111 je navrženo použitiacute dvoupoacutelovyacutech

paacutečkovyacutech přepiacutenačů s funkciacute (ON)-OFF-ON s napětiacutem 24V DC K signalizaci aktivniacutech vstupů

a vyacutestupů je navrženo použitiacute zelenyacutech signaacutelek Ovlaacutedaciacute panel kufru obsahuje spiacutenače pro

simulaci ztraacutety napaacutejeciacute faacuteze motoru potenciometr k simulaci faacutezoveacute nesymetrie daacutele červenou

signaacutelku pro signalizaci poruchovyacutech stavů a žlutou pro chod motoru Všechny přepiacutenače a

signaacutelky jsou přiacutestupneacute uživateli prostřednictviacutem navrženeacuteho ovlaacutedaciacuteho panelu kteryacute současně

posloužiacute jako kryt kufru (Obr 02) Jelikož pro přenosnyacute kufr neniacute nejvhodnějšiacute použitiacute

asynchronniacuteho motoru je proto použit 6-poacutelovyacute synchronniacute motor s přiacutekonem 23VA

vyacutestupniacutem vyacutekonem 105W a jmenovityacutem proudem 100mA

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 47

Obr 47 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho kufru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 48

SIMULACE OCHRAN 5Kapitola obsahuje soupis simulaciacute ochran ktereacute jsou demonstrovaacuteny v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jež se zabyacutevaacute problematikou UMC100 Z širokeacute škaacutely ochran jsou vybraacuteny 4 situace ktereacute

se v průmyslu často vyskytujiacute

51 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

K nasimulovaacuteniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii je použit posuvnyacute potenciometr kteryacute je

připojen na svorky (12) Pomociacute potenciometru bude snižovaacutena velikost napětiacute na přiacutevodniacute faacutezi

do motoru (L1) Pro demonstraci ochrany je použit napěťovyacute modul VI150 spolu s UMC100 Na

svorky modulu označeneacute (L1L2 a L3) jsou přivedeny faacuteze v uvedeneacutem sledu Při zvyšovaacuteniacute

odporu rezistoru ve faacutezi dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute napětiacute na přiacutevodniacute svorce (L1) vlivem rostouciacuteho

uacutebytku napětiacute na daneacutem rezistoru Je-li napěťovyacute modul propojen vodičem s UMC a je-li spraacutevně

nastaven UMC vyhodnotiacute po určiteacutem poklesu napětiacute a naacuterůstu proudu ve zbylyacutech dvou faacuteziacutech

(L2 a L3) jako chybovou a vybaviacute Nejprve bude vybaveno varovaacuteniacute a poteacute dojde k odpojeniacute

motoru

52 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze je motor vystaven vysokeacutemu riziku což většinou vede k jeho

zničeniacute Demonstrace ochrany proběhne uacuteplnyacutem odpojeniacutem napaacutejeciacute faacuteze L2 Pro vybaveniacute

ochrany neniacute zapotřebiacute aby byl motor v chodu neboť použitiacute napěťoveacuteho modulu VI150

detekuje nepřiacutetomnost napětiacute faacuteze a vybaviacute Při chodu motoru ochrana vybaviacute od 15s pro třiacutedu

5E a do 12s pro 40E podle nastaveneacute třiacutedy přetiacuteženiacute viz Tab 32 Princip funkce při chodu

motoru spočiacutevaacute v porovnaacuteniacute nejvyššiacute a nejnižšiacute naměřeneacute hodnoty faacutezoveacuteho proudu s

nastavenyacutemi uacuterovněmi Vyacutehodou je že signalizuje varovaacuteniacute ještě před samotnyacutem spuštěniacutem

motoru kdy může nastat stav že je přepaacutelena pojistka a obsluha toto nezaznamenala Mimo

přepaacuteleneacute pojistky se může takeacute jednat o uvolněnyacute nebo opotřebenyacute kontakt

53 Ochrana sledu faacuteziacute

Pro spraacutevnyacute chod motoru a diagnostiku pomociacute kontroleacuteru s použitiacutem napěťoveacuteho modulu je

zapotřebiacute dodržet sled faacuteziacute tzn Faacutezovyacute vodič L1rarrsvorka L1 L2 rarrsvorka L3 a L3rarrsvorka L3

Při zaacuteměně některyacutech faacutezovyacutech vodičů neprodleně vybaviacute ochrana sledu faacuteziacute a neniacute dovoleno

spuštěniacute motoru do okamžiku dokud neniacute obsluhou tento probleacutem vyřešen

54 PTC ochrana

Pro vyhodnocovaacuteniacute teploty vinutiacute statoru motoru sloužiacute termistor PTC Při zvyacutešeniacute teploty

nastaacutevaacute zvyacutešeniacute odporu termistoru (viz Obr 38) a motor odpojiacute Udaacutevanaacute odezva UMC na

změnu odporu je v rozmeziacute R = 34-38kΩ

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 49

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany

Z důvodu ochrany motoru neniacute vhodneacute vystavovat motor zvyacutešeneacute teplotě pro nastiacuteněniacute funkce

PTC ochrany Pro tento uacutečel posloužiacute zhotovenyacute box osazenyacute lineaacuterniacutem potenciometrem

s hodnotou odporu 25kΩ jemuž jsou předřazeny odpory 1kΩ a 330Ω

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 50

LABORATORNIacute UacuteLOHA 6

61 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100

Uacutekolem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute řiacutediacuteciacute a kontrolniacute jednotkou pro

provoz trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru UMC100

Motorovyacute kontroleacuter nabiacuteziacute 3 releacuteoveacute vyacutestupy Tyto vyacutestupy jsou připojitelneacute na napětiacute 230V AC s

maximaacutelniacutem proudem 1A Releacuteoveacute vyacutestupy sloužiacute zejmeacutena pro připojeniacute budiacuteciacutech ciacutevek stykačů

Hlavniacute vstupy jsou tvořeny seacuteriiacute svorek jež je umiacutestěnaacute ve spodniacute čaacutesti kontroleacuteru Svorky nesou

označeniacute (DI0 DI1 hellip DI5) Tyto digitaacutelniacute vstupy pracujiacute s napětiacutem 24V DC a sloužiacute pro

připojeniacute ovlaacutedaciacutech tlačiacutetek jako start motoru stop motoru reverzaci rozběh hvězda-trojuacutehelniacutek

nebo např použitiacute vstupu pro koncovyacute spiacutenač pro připojeniacute pomocnyacutech kontaktů stykačů či

funkci aktuaacutetor kdy je ovlaacutedaacuten pohon ventilu Vše podle nastaveniacute uživatele a pracovniacuteho

procesu Vedle hlavniacutech vstupniacutech kontaktů se nachaacuteziacute takeacute jeden vyacutestupniacute s označeniacutem (DO3)

Tento digitaacutelniacute vyacutestup lze využiacutet k připojeniacute 24V DC signalizačniacute kontrolky pro chybovaacute hlaacutešeniacute

modulu UMC100 nabiacuteziacute integrovanyacute vstup pro připojeniacute PTC termistoru Diacuteky PTC jsme

schopni hliacutedat teplotu statoroveacuteho vinutiacute a předejiacutet tiacutem zaacutevažneacutemu poškozeniacute motoru

Hlavniacute obvod

Měřeniacute proudu faacutezovyacutemi vodiči je řešeno pomociacute 3 průvlečnyacutech ok integrovanyacutech v modulu

Tato průvlečnaacute oka jsou měřiacuteciacutemi transformaacutetory proudu navinutyacutemi na toroidniacutem jaacutedře Diacuteky

těmto transformaacutetorům je kontroleacuter schopnyacute měřit proud v rozsahu 024 až 63A Pro vyššiacute

hodnoty proudů až 850A se použiacutevaacute externiacute proudovyacute transformaacutetor

Možnost rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru

UMC se v průmyslovyacutech aplikaciacutech nejčastěji použiacutevaacute s využitiacutem napěťoveacuteho a rozšiřovaciacuteho

(vstupně-vyacutestupniacuteho) modulu Pro laboratorniacute uacutelohu je použit napěťovyacute modul VI150 a

rozšiřovaciacute modul DX122 jenž jsou připojeny k UMC pomociacute UMCIO-CAB přes svorky

s označeniacutem Ca a Cb

Napěťovyacute modul VI150

K demonstraci kontroleacuteru je použit modul s označeniacutem VI150 Zařiacutezeniacute disponuje konektory pro

připojeniacute faacutezovyacutech vodičů (L1 L2 a L3) a je schopneacute měřit hodnotu sdruženeacuteho napětiacute siacutetě

S naměřenyacutemi hodnotami faacutezoveacuteho proudu pomociacute UMC dostaacutevaacuteme takeacute hodnotu faacutezoveacuteho

posuvu mezi napětiacutem a proudem tedy uacutečiniacuteku cos φ Z těchto naměřenyacutech parametrů vypočiacutetaacute

řiacutediacuteciacute jednotka kontroleacuteru činnyacute přiacutekon Ovšem pro spraacutevnou detekci napětiacute je nutneacute dodržet

zapojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 51

Vstupně-vyacutestupniacute modul DX122

Modul umožňuje rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru o dalšiacutech 8 digitaacutelniacutech vstupů na napětiacute 110-230V AC 4

releacuteoveacute vyacutestupy a 1 analogovyacute vyacutestup Pomociacute programu ABB Asset Vision Basic je možneacute

přiacutemeacute přiřazeniacute parametrů a programovaacuteniacute UMC100 a takeacute všech zařiacutezeniacute kteraacute jsou vybavena

DTM (Device Type Manager)- naacutestroj pro konfiguraci a spraacutevu zařiacutezeniacute

Komunikačniacute modul MTQ22

O komunikaci mezi UMC a PC se staraacute modul MTQ22 V software vytvořeneacutem pomociacute

vyacutevojoveacuteho prostřediacute LabVIEW lze sledovat aktuaacutelniacute měřeneacute veličiny zobrazenaacute varovaacuteniacute

poruchovyacutech stavů informace o stavu vstupů a vyacutestupů apod

Napaacutejeciacute zdroj

Napaacutejeniacute modulů zajišťuje zdroj CP-D 2413A s regulaciacute vyacutestupniacuteho napětiacute Regulace je možnaacute

v rozpětiacute 24-28V DC Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute zdroje je umožněna z důvodu požadavku

přesneacuteho napětiacute 24V DC Vlivem zatiacuteženiacute (napaacutejeniacute UMC VI a DX) vyacutestupniacute napětiacute zdroje klesaacute

podle zatěžovaciacute charakteristiky přiacuteslušneacuteho zdroje CP-D sloužiacute takeacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacutech

vstupů UMC

Ochranneacute funkce

UMC nenabiacuteziacute pouze možnost měřeniacute faacutezoveacuteho proudu ale takeacute řadu ochran při poruchovyacutech

stavech provozu Nejčastěji v praxi využiacutevanaacute ochrana je ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute kteraacute

je doprovaacutezena varovnou signalizaciacute nastaacutevajiacuteciacute poruchy

Ochrana motoru při proudoveacutem podtiacuteženiacute pracuje na obdobneacutem principu jako předchoziacute ochrana

Kontroleacuter monitoruje hladinu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu Při jeho poklesu pod nastavenou

uacuteroveň maximaacutelniacuteho dovoleneacuteho poklesu (udaacutevaneacute relativně v k jmenoviteacutemu In) dochaacuteziacute k

signalizaci chyby a odpojeniacute motoru od siacutetě

PTC ochrana spočiacutevaacute v hliacutedaacuteniacute teploty statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru pomociacute PTC

termistoru V našem přiacutepadě je použito lineaacuterniacuteho potenciometru kdy se zvyšujiacuteciacutem se odporem

potenciometru simulujeme zvyšujiacuteciacute se teplotu statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru

Při ztraacutetě některeacute napaacutejeciacute faacuteze motoru dochaacuteziacute k okamžiteacutemu blokovaacuteniacute startu motoru

Ochrana sledu faacuteziacute zajistiacute spraacutevneacute zapojeniacute vodičů L1 L2 a L3 ktereacute je slučitelneacute s nastaveniacutem v

UMC

Vlivem přerušovaneacuteho provozu např S3 kdy nedochaacuteziacute v době klidu a odpojeniacute motoru k

poklesu teploty na teplotu okoliacute může vybavit Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute - Thermal

Overload Protection (TOL)

Zablokovaniacute rotoru byacutevaacute způsobeno přiacuteliš vysokyacutem zaacutetěžnyacutem momentem Mz na hřiacutedeli motoru

nebo mechanickou poruchou Kontroleacuter je při startu schopen detekovat tento stav

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 52

62 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute uacutelohy a scheacutema zapojeniacute panelu

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 53

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 54

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha

Štiacutetek použiteacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 64 Štiacutetek motoru

63 Popis scheacutematu zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

Na vstupniacute svorky s označeniacutem VSTUP (L1 L2 L3 N PE) jsou přivedeny přiacuteslušneacute vodiče

z pracovniacuteho stolu Hlavniacute 16A jistič s vypiacutenaciacute charakteristikou typu C sloužiacute pro jištěniacute siloveacute

čaacutesti obvodu Pro jištěniacute napaacutejeciacuteho zdroje CP-D sloužiacute tavnaacute pojistka 2T250V Napěťoveacute

vstupy na modul VI150 jsou jištěny tavnou pojistkou F125250V Posuvnyacute potenciometr

umiacutestěnyacute na faacutezoveacutem vodiči L1 sloužiacute k demonstraci ochrany při faacutezoveacute nesymetrii

Komunikačniacute modul MTQ22 zajišťuje komunikaci mezi UMC a PC kdy prostřednictviacutem

Ethernetoveacute siacutetě jsme schopni čiacutest měřeneacute veličiny

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 55

64 Pracovniacute postup

1 Seznamte se s kontroleacuterem UMC100 a ostatniacutemi komponenty použityacutemi pro laboratorniacute

uacutelohu a se scheacutematem zapojeniacute uacutelohy

2 Připojte elektromotor a vstupniacute svorky na přiacuteslušneacute zdiacuteřky Před připojeniacutem vyacutekonoveacuteho

potenciometru ověřte měřeniacutem jeho minimaacutelniacute a maximaacutelniacute hodnotu odporu a

poznamenejte si je

3 Připojte potenciometr na určeneacute zdiacuteřky označeneacute čiacutesly 1 a 2 a nastavte hodnotu odporu

4 Po kontrole zapojeniacute vyučujiacuteciacutem zapněte pracoviště a nastavte autotransformaacutetor na 100

vyacutestupniacuteho napětiacute Zapněte hlavniacute jistič Kontrola a nastaveniacute komunikace mezi UMC

DX a VI

Nastaveniacute Komunikace se provede přes LCD displej naacutesledujiacuteciacutem způsobem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on

5 Stiskem tlačiacutetka VPŘED nebo VZAD na panelu uvedeme motor do chodu Pro přechod

z jednoho směru do druheacuteho je nutneacute nejprve zastavit motor tlačiacutetkem STOP Při

zastaveniacute je kontroleacuterem motor blokovaacuten po dobu 3s před dalšiacutem spuštěniacutem z důvodu

doběhu motoru Pohybem tlačiacutetek nahoru dolů pomociacute LCD v hlavniacute nabiacutedce - UMC -

můžeme sledovat aktuaacutelniacute proud motoru sdruženeacute napětiacute odebiacuteranyacute přiacutekon ze siacutetě

uacutečiniacutekhellip

6 Při provaacuteděniacute uacutelohy na brzdě (dynamometru) ověřte funkci ochrany při zablokovaacuteniacute

rotoru funkci ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a proudoveacutem přetiacuteženiacute

7 Při vybaveniacute každeacute z ochran zaznamenejte hodnotu kdy vypnula Před novyacutem startem je

důležiteacute přečiacutest zaacuteznam důvodu poruchy a proveacutest reset na panelu UMC100-PAN jinak je

START blokovaacuten

65 Měřeniacute

OCHRANA PŘED PŘEHŘAacuteTIacuteM MOTORU

Potenciometrem označenyacutem PTC je zvyšovaacutena hodnotu odporu do okamžiku kdy dojde

k odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě zapůsobeniacutem PTC ochrany Hodnota odporu potenciometru

při vybaveniacute ochrany je určena měřeniacutem na 341kΩ Odpoviacutedajiacuteciacute hodnotu teploty motoru

odečteme z grafu a hodnoty odporu potenciometru při vypnutiacute

Do tabulky zapište změřenou hodnotu odporu potenciometru při vypnutiacute Při teacuteto hodnotě odporu

odečtěte teplotu motoru z grafu Ziacuteskanou teplotu porovnejte s vypočtenou teplotou motoru

Tabulka naměřenyacutech a vypočtenyacutech hodnot

R ϑg R0 ϑ

[Ω] [degC] [Ω] [degC]

3410 136 1320 13626

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 56

Vyacutepočet vychaacuteziacute ze vztahu pro zaacutevislost elektrickeacuteho odporu vodiče na teplotě

(651)

kde

(652)

Po uacutepravě pak

α - teplotniacute součinitel elektrickeacuteho odporu (K-1

) (α = 001162 K-1

)

R0 - odpor potenciometru v zaacutekladniacute poloze

R - odpor potenciometru při vybaveniacute ochrany

ϑg - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute odečtenaacute z grafu

ϑ - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute ndash vypočtenaacute

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

R [

Ω]

ϑ [degC]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 57

Vinutiacute motoru je izolovaacuteno izolaciacute třiacutedy F (155)

Třiacuteda izolace A E B F H

Okolniacute teplota [degC] 40 40 40 40 40

Povolenyacute naacuterůst teploty [degC] 60 75 80 105 125

Teplotniacute rezerva 5 5 10 10 15

Konečnaacute teplota 105 120 130 155 180

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru [12]

OCHRANA PŘED NESPRAacuteVNYacuteM SLEDEM FAacuteZIacute

Nedodrženiacutem sledu napaacutejeciacutech faacutezovyacutech vodičů (zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů svorek L2 a L3)

jak je nastaveno v UMC provaacutediacute napěťovyacute modul blokaci startu motoru V tomto přiacutepadě

vybavuje neprodleně ochrana sledu faacuteziacute ndashPhase sequence Funkci zaznamenejte do protokolu

OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII

Zvyšovaacuteniacutem odporu vyacutekonoveacuteho potenciometru zapojeneacuteho ve faacutezi L1 (viz scheacutema zapojeniacute

uacutelohy) dochaacuteziacute k simulaci faacutezoveacute nesymetrie siacutetě Motor je odpojen v okamžiku kdy poklesne

hodnota sdruženeacuteho napětiacute mezi faacutezemi L3 a L1 přibližně na hodnotu Us = 380V Velikost

odporu při vybaveniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii činiacute 101Ω Hodnotu nesymetrie zaznamenejte

do protokolu

OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE

Ztraacuteta faacuteze se realizuje pomociacute spiacutenače v pracovniacutem stole kdy odpojiacuteme napaacutejeciacute faacutezi Změřte

čas od odpojeniacute faacuteze L2 do vybaveniacute ochrany při ztraacutetě faacuteze a poznamenejte do protokolu

66 Demonstrace ochran při použitiacute dynamometru

OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU

K testu ochrany při zablokovaacuteniacute rotoru posloužiacute dynamometr jehož hřiacutedel je spojenaacute se hřiacutedeliacute

asynchronniacuteho motoru pomociacute spojky Hřiacutedel dynamometru je poteacute mechanicky zablokovaacutena

Stiskem přiacuteslušneacuteho tlačiacutetka je proveden start motoru a sledovaacuten proud při odpojeniacute motoru od

siacutetě a čas odpojeniacute Proud při vybaveniacute ochrany při mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru dosaacutehl

hodnoty 1978A což odpoviacutedaacute 582In

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute ndash (High current protection)

Pro simulaci proudoveacuteho přetiacuteženiacute maacuteme nastavenou hodnotu odebiacuteraneacuteho proudu na 130 pro

odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě Snižovaacuteniacutem jmenovityacutech otaacuteček motoru pomociacute dynamometru

(bržděniacutem tzn n rarr 0) dochaacuteziacute k naacuterůstu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu I Odpojeniacute nastalo při

odebiacuteraneacutem proudu 447A Nastaveneacute hodnotě (13In ) naacuteležiacute proud 442A Tiacutem lze konstatovat

že vyacutesledek měřeniacute je srovnatelnyacute s hodnotami uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute

Stav proudoveacuteho podtiacuteženiacute nedostatečneacuteho proudoveacuteho zatiacuteženiacute použiacutevanyacute zejmeacutena u čerpadel

je simulovaacuten pomociacute dynamometru kdy je nastavenaacute hodnota poklesu aktuaacutelniacuteho proudu na

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 58

085In a čas odpojeniacute od siacutetě na 10s Po roztočeniacute a zatiacuteženiacute motoru na hodnotu jmenoviteacuteho

proudu jsou pomociacute dynamometru zvyšovaacuteny otaacutečky motoru n Tento proces maacute za naacutesledek

snižovaacuteniacute aktuaacutelniacuteho proteacutekaneacuteho proudu I kdy motor ztraacuteciacute zatiacuteženiacute Nastaveneacute hodnotě

podtiacuteženiacute odpoviacutedaacute aktuaacutelniacute proud 289A Při dosaženiacute teacuteto uacuterovně je spuštěn odpočet a motor za

10s odpojen

67 Vyhodnoceniacute a zaacutevěr

Vyacutesledkem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute technologiiacute pro diagnostiku

veličin při chodu trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru Při demonstračniacute simulaci ochran byly

dosaženy naacutesledujiacuteciacute vyacutesledky PTC ochrana vybavuje při hodnotě odporu 341kΩ Tato hodnota

odpoviacutedaacute teplotě ϑg = 136degC odečteneacute z grafu Vypočtenaacute teplota ϑ = 13626degC Vyacuterobce uvaacutediacute

zapůsobeniacute ochrany při hodnotě odporu v rozsahu 34-38kΩ Zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů L2 a

L3 proběhla okamžitaacute blokace spuštěniacute motoru Faacutezovaacute nesymetrie vybavila při poklesu napětiacute o

5 Ztraacutetou napaacutejeciacute faacuteze proběhlo odpojeniacute motoru v čase t = 15s Čas odpojeniacute odpoviacutedaacute třiacutedě

přetiacuteženiacute 5E kteraacute je nastavena

Při testu za použitiacute dynamometru bylo zjištěno že při zablokovaneacutem rotoru motoru zapůsobil

kontroleacuter při nastaveneacutem přetiacuteženiacute 3In Teacuteto hodnotě naacuteležiacute proud 102A Jelikož je nastavena

třiacuteda přetiacuteženiacute 5E ktereacute naacuteležiacute interval 15s a poteacute odpojeniacute motoru tak během tohoto okamžiku

vzrostla hodnota proudu na 1978A což odpoviacutedaacute 582In Při proudoveacutem přetiacuteženiacute odpoviacutedaly

vyacutesledky měřeniacute nastaveneacute hodnotě přetiacuteženiacute 13In Ve stavu proudoveacuteho podtiacuteženiacute zapůsobila

ochrana spraacutevně dle nastaveneacuteho poklesu proudu na 085In

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 8: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 8

43 VYacuteSLEDNYacute PŘIacutePRAVEK 45

44 DEMONSTRAČNIacute KUFR PRO ABB 46

SIMULACE OCHRAN 48 5

51 OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII 48

52 OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE 48

53 OCHRANA SLEDU FAacuteZIacute 48

54 PTC OCHRANA 48

LABORATORNIacute UacuteLOHA 50 6

61 UNIVERZAacuteLNIacute MOTOROVYacute KONTROLEacuteR UMC100 50

62 BLOKOVEacute SCHEacuteMA ZAPOJENIacute UacuteLOHY A SCHEacuteMA ZAPOJENIacute PANELU 52

63 POPIS SCHEacuteMATU ZAPOJENIacute LABORATORNIacute UacuteLOHY 54

64 PRACOVNIacute POSTUP 55

65 MĚŘENIacute 55

66 DEMONSTRACE OCHRAN PŘI POUŽITIacute DYNAMOMETRU 57

67 VYHODNOCENIacute A ZAacuteVĚR 58

ZAacuteVĚR 59 7

LITERATURA 60

PŘIacuteLOHY 61

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 9

SEZNAM OBRAacuteZKŮ Obr 11 Instalace UMC100-FBP na DIN lištu 16

Obr 21 Vnějšiacute popis UMC100-FBP a s připojenyacutem UMC100-PAN 17

Obr 22 Zaacutekladniacute blokoveacute scheacutema UMC100-FBP a tok dat mezi hlavniacutemi čaacutestmi zařiacutezeniacute 18

Obr 23 Popis UMC100-PAN 19

Obr 24 Struktura napěťoveacuteho modulu VI150 21

Obr 25 Vnějšiacute popis modulu VI150 pro UMC100-FBP 21

Obr 26 Vnějšiacute popis IO modulu DX122-FBP pro UMC100-FBP 23

Obr 27 Magnetizačniacute charakteristika feromagnetickeacuteho materiaacutelu 24

Obr 28 Měřiacuteciacute transformaacutetor proudu 24

Obr 29 Konstrukce CT4L185R4 a CT4L310R4 26

Obr 210 Konstrukce CT5L500R4 a CT5L850R4 26

Obr 211 UMC100-FBP s CT a VI150 26

Obr 212 Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů proudu 27

Obr 213 Zapojeniacute CEM11-FBP do obvodu 28

Obr 214 Zatěžovaciacute charakteristika zdroje CP-D 2413 29

Obr 215 Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A 29

Obr 216 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP 30

Obr 31 Vypiacutenaciacute třiacutedy pro UMC100-FBP 33

Obr 32 Obvodovyacute model asynchronniacuteho motoru pro jednu faacutezi statoroveacuteho vinutiacute ndash nakraacutetko 34

Obr 33 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu přetiacuteženiacute 35

Obr 34 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute 36

Obr 35 Blokoveacute scheacutema ochrany proti proudoveacutemu podtiacuteženiacute 37

Obr 36 Charakteristiky asynchronniacuteho motoru při zatiacuteženiacute 38

Obr 37 Graf zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti P2 38

Obr 38 Zaacutevislost odporu termistoru na teplotě 40

Obr 41 Nosnaacute konstrukce 41

Obr 42 Naacutevrh plechu panelu 42

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent 43

Obr 44 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho přiacutepravku 44

Obr 45 Demonstračniacute přiacutepravek 45

Obr 46 Zadniacute pohled 45

Obr 47 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho kufru 47

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 10

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany 49

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu 49

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy 52

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu 53

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha 54

Obr 64 Štiacutetek motoru 54

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru 56

Obr 01 Plech 61

Obr 02 Kryciacute panel kurfu 62

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 63

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 11

SEZNAM TABULEK Tab 21 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX111-FBP 22

Tab 22 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX122-FBP 22

Tab 23 Typy externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů s měřenyacutem rozsahem proudu 25

Tab 24 Rozměry vyraacuteběnyacutech CEM11-FBPs udaacutevanyacutemi hodnotami svodovyacutech proudů 28

Tab 31 Ochranneacute funkce 31

Tab 32 Třiacutedy přetiacuteženiacute a čas odpojeniacute 31

Tab 33 Princip funkce logickeacuteho hradla AND 37

Tab 41 Seznam použityacutech komponent 41

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty 55

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru 57

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute 63

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 12

SEZNAM SYMBOLŮ A ZKRATEK

Zkratka Symbol Vyacuteznam Jednotka

AC Střiacutedavyacute proud (napětiacute) [A (V)]

B Magnetickaacute indukce [T]

cos φ Uacutečiniacutek [-]

DC Stejnosměrnyacute proud (napětiacute) [A (V)]

DTM Device Type Manager

FBP FieldBusPlug

H Intenzita magnetickeacuteho pole [Am]

I Aktuaacutelniacute hodnota proudu [A]

I1z Zaacuteběrnyacute proud [A]

If Procentuaacutelniacute poměr proudu []

Imax Maximaacutelniacute hodnota proudu [A]

Imin Minimaacutelniacute hodnota proudu [A]

In Jmenovityacute proud [A]

Iodp Hodnota proudu při odpojeniacute []

Ivar Varovnaacute hodnota proudu []

Ix Konec startu motoru []

Mz Zatěžovaciacute moment [Nm]

n Otaacutečky motoru [otmin]

nn Jmenoviteacute otaacutečky [otmin]

P Činnyacute vyacutekon [W]

P1 Činnyacute přiacutekon [W]

P2 Mechanickyacute vyacutekon na hřiacutedeli [W]

Pn Jmenovityacute vyacutekon [W]

Q1 Jalovyacute přiacutekon [var]

R Elektrickyacute odpor [Ω]

Rlsquo2s Celkovyacute činnyacute odpor rotoru [Ω]

R1 Odpor statoroveacuteho vinutiacute [Ω]

RFe Činnyacute odpor magnetickeacuteho obvodu [Ω]

s Skluz [-]

to Doba rozběhu [s]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 13

todp Zpožděniacute odpojeniacute [s]

TOL Thermal Overload Protection

TTC Time To Cool [s]

TTT Time To Trip [s]

tvar Zpožděniacute varovaacuteniacute [s]

U1 Vstupniacute napětiacute [V]

UMC Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter

Un Jmenoviteacute napětiacute [V]

Xrsquor20 Reaktance zabržděneacuteho rotoru [Ω]

Xm Reaktance magnetickeacuteho obvodu [Ω]

Xr1 Reaktance statoroveacuteho vinutiacute [Ω]

Φ Magnetickyacute tok [Wb]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 14

UacuteVOD

Bakalaacuteřskaacute praacutece je založena na naacutevrhu a vyacuterobě demonstračniacuteho přiacutepravku pro motorovyacute

kontroleacuter UMC100-FBP Tento přiacutepravek posloužiacute pro laboratorniacute uacutelohu v předmětu Elektrickeacute

přiacutestroje a takeacute jako prezentačniacute aparaacutet UMC100-FBP a rozšiřovaciacutech modulů pro společnost

ABB sro Finaacutelniacute zařiacutezeniacute je realizovaacuteno pro chod ochranu a diagnostiku trojfaacutezoveacuteho

asynchronniacuteho motoru Praacutece je rozdělena do několika hlavniacutech čaacutestiacute Nejprve je přibliacuteženo

UMC100-FBP Tato čaacutest všeobecně sloužiacute pro seznaacutemeniacute se s motorovyacutem kontroleacuterem jeho

zevnějškem a možnostmi Praacutece je daacutele rozšiacuteřena o přiacutedavneacute rozšiřovaciacute moduly ktereacute lze v praxi

použiacutet společně s UMC100-FBP Uvedeny jsou i informace o připojitelneacutem ovlaacutedaciacutem LCD

panelu UMC100-PAN Kapitola č3 přibliacutežiacute ochranneacute funkce nabiacutezeneacute kontroleacuterem V dalšiacute čaacutesti

je obsažen naacutevrh aparatury pro demonstraci UMC100 a jeho funkciacute podrobneacute scheacutema zapojeniacute

tohoto přiacutepravku a samotnou laboratorniacute uacutelohu na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter

UMC100

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 15

MOTOROVYacute KONTROLEacuteR 1

Efektivniacute využiacutevaacuteniacute energie v průmyslu je důležiteacute Z praxe bylo zjištěno že viacutece jak 40

elektrickeacute energie vyrobeneacute na zemi je spotřebovaacutevaacuteno praacutevě v průmyslovyacutech odvětviacutech a z toho

až 65 je spotřebovaacutevaacuteno elektrickyacutemi motory Jak již samotnyacute naacutezev napoviacutedaacute jednaacute se o

zařiacutezeniacute určeneacute předevšiacutem pro hliacutedaacuteniacute chodu asynchronniacuteho motoru Hlavniacute funkciacute motoroveacuteho

kontroleacuteru je diagnostika veličin se kteryacutemi motor pracuje Vyacutesledkem operace byacutevaacute sled

informaciacute ktereacute jsou předaacutevaacuteny obsluze nebo dispečinku Data o zkoumaneacutem motoru je možneacute

ziacuteskat buď formou integrovaneacuteho popř připojitelneacuteho zobrazovaciacuteho prvku nebo

prostřednictviacutem konektoru kteryacute komunikuje pomociacute datoveacute sběrnice s počiacutetačem V obou

přiacutepadech jsou obsluze poskytovaacutena rozsaacutehlaacute provozniacute servisniacute a diagnostickaacute data motoru

Takto ziacuteskaneacute informace umožňujiacute obsluze odhalovat chyby omezit je nebo jim dokonce

v budoucnu zabraacutenit a tiacutem i předejiacutet možneacutemu poškozeniacute motoru resp neplaacutenovaneacutemu vyacutepadku

vyacuteroby[13]

11 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP

Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP (daacutele jen UMC100) společnosti ABB sro je

zařiacutezeniacute použiacutevaneacute pro řiacutezeniacute ochranu a sledovaacuteniacute chodu trojfaacutezovyacutech asynchronniacutech motorů

UMC100-FBP je naacutestupcem staršiacuteho modelu řiacutediacuteciacute jednotky UMC22-FBP kteraacute se ve světě

využiacutevaacute v mnoha projektech Nejčastějšiacute průmyslovaacute odvětviacute použiacutevajiacuteciacute UMC22 i UMC100 jsou

např

rafinerie

technickeacute vybaveniacute elektraacuteren

těžba nerostnyacutech surovin

chemickyacute průmysl

papiacuterny

ocelaacuterny

potravinaacuteřstviacute a vyacuteroba naacutepojů

Jako naacutestupce staršiacuteho typu kontroleacuteru se použiacutevaacute již zmiacuteněnaacute UMC100 kteraacute od ochrany a

řiacutezeniacute motoru nabiacuteziacute i detekci vyacutepadku napaacutejeciacute faacuteze motoru nastavitelnou ochranu během

rozběhu nebo normaacutelniacutem provozu a mnoho dalšiacutech funkciacute ktereacute budou daacutele zmiacuteněny Použitiacute

UMC100 je diacuteky sveacute velikosti programovatelnosti a integrovaneacutemu měřiacuteciacutemu systeacutemu vhodneacute

pro modernizaci zastaralyacutech rozvaacuteděčů v již zaběhlyacutech provozech

Oficiaacutelniacute naacutezev kontroleacuteru obsahuje přiacuteponu FBP UMC100 je vybaven komunikačniacutem

rozhraniacutem pro připojeniacute do různyacutech průmyslovyacutech sběrnic siacutetiacute jako je PROFIBUS DP

DeviceNet MODBUS a CANopen To vše pomociacute skupiny produktů FieldBusPlug UMC100 je

takeacute ovšem možneacute použiacutet jako samostatneacute zařiacutezeniacute bez připojeniacute řiacutediacuteciacute sběrnice Změřeneacute

veličiny při chodu motoru (napětiacute proudhellip) jsou zpracovaacutevaacuteny v řiacutediciacutem systeacutemu samotneacuteho

kontroleacuteru kde jsou okamžitě vyhodnocovaacuteny Tato schopnost pomaacutehaacute k rychleacute detekci poruchy

a k zajištěniacute dopadů na ostatniacute zařiacutezeniacute v diagnostikovaneacute soustavě Daacutele napomaacutehaacute k řešeniacute

vhodnyacutech opatřeniacute pro přiacutepad dalšiacutech negativniacutech jevů a přiacutepadnyacutech vaacutežnyacutech poruch

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 16

12 Instalace

Samotnyacute koncept uzpůsobenyacute pro tyto aplikace naacutem zapřiacutečiňuje zkraacuteceniacute uacutesiliacute a naacutemahy při

zdlouhaveacutem vodičoveacutem propojeniacute v rozvaacuteděči jelikož veškereacute požadovaneacute ochranneacute

monitorovaciacute a řiacutediacuteciacute funkce jsou integrovaacuteny do jedineacuteho modulaacuterniacuteho zařiacutezeniacute UMC100 je

možneacute diacuteky kompaktniacutemu provedeniacute veškeryacutech jeho komponent jednoduše umiacutestit do stiacutesněnyacutech

prostor vyacutesuvnyacutech rozvaacuteděčů nebo do již použiacutevanyacutech staršiacutech zařiacutezeniacute Jednaacute se o zařiacutezeniacute a

provozy kteraacute prochaacuteziacute modernizaciacute a vyžadujiacute použitiacute noveacute technologie provozu a obohaceniacute o

noveacute způsoby řiacutezeniacute a ochran motorů od zastaralyacutech a vysloužilyacutech elektromagnetickyacutech releacute

Moderniacute motoroveacute kontroleacutery se ovšem nepoužiacutevajiacute pouze pro renovace a modernizace staršiacutech

provozů ale je samozřejmostiacute že noveacute společnosti s vysokyacutem počtem až tisiacutecem motorů saacutehnou

po technologicky vyspěleacutem ochranneacutem a monitorovaciacutem zařiacutezeniacute pro trojfaacutezoveacute asynchronniacute

motory

Montaacutež zařiacutezeniacute do rozvaacuteděče je velice jednoduchaacute Postačiacute pouze všeobecně použiacutevanaacute DIN

lišta (EN50022-35) na kterou se kontroleacuter zasadiacute nebo je možneacute upevněniacute 4 šrouby M4

Demonstrativniacute zasazeniacute na DIN lištu je předvedeno na Obr 11

Obr 11 Instalace UMC100-FBP na DIN lištu[1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 17

TECHNICKEacute VYBAVENIacute UMC100-FBP 2

21 Kompaktniacute zaacutekladniacute jednotka

Zaacutekladniacute jednotka kontroleacuteru obsahuje nejdůležitějšiacute čaacutesti jako je integrovanyacute měřiciacute systeacutem

a 2 seacuterie svorek Tyto svorky tvořiacute vstupy a vyacutestupy kontroleacuteru Jsou tvořeny 6 digitaacutelniacutemi vstupy

24V DC (spodniacute svorky) 1 integrovanyacute vstupem pro připojeniacute PTC termistoru a 4 vyacutestupy (horniacute

svorky) Tyto vyacutestupy tvořiacute 3 vyacutestupniacute releacute a 1 digitaacutelniacute tranzistorovyacute vyacutestup UMC100 takeacute

disponuje třemi LED pro signalizaci stavu technickeacuteho vybaveniacute Umožňuje tedy provoz bez

použitiacute sběrnicoveacuteho systeacutemu a daacutelkoveacute přiřazeniacute parametrů přes řiacutediciacute systeacutem Na Obr 21 je

patrneacute použitiacute konektoru M12

[2]

Obr 21 Vnějšiacute popis UMC100-FBP a s připojenyacutem UMC100-PAN

1 upevňovaciacute očka pro montaacutež 4 šrouby M4 Očka je možneacute odlomit pokud bude zařiacutezeniacute

připevněno na DIN lištu

2 konektory pro připojeniacute odporoveacuteho PTC sniacutemače

3 připojovaciacute svorky pro komunikaci s IO moduly

4 zaacutestrčka M12 pro připojeniacute konektoru FieldBusPlug

5 3 stavoveacute LED kontrolky

zelenaacute ndash motor připraven

žlutaacute ndash motor je v provozu

červenaacute ndash přetiacuteženiacute nebo porucha motoru (hlaacutešeniacute chyby)

6 připojovaciacute svorky pro releacuteoveacute vyacutestupy

(šrouby nepoužiacutevanyacutech svorek musiacute byacutet dotaženy pro zajištěniacute ochrany proti naacutehodneacutemu

vyšroubovaacuteniacute a naacutesledneacutemu kontaktu)

7 konektor pro připojeniacute ovlaacutedaciacuteho LCD panelu Control Panel UMC100-PAN

8 prvniacute dvě svorky sloužiacute pro napaacutejeciacute napětiacute 24V DC 24VDC vyacutestup a DI0 až DI0 jsou

připojovaciacute svorky pro digitaacutelniacute vyacutestupy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 18

9 znaacutezorněnaacute draacuteha proudu pro napaacutejeniacute motoru vodiči o průměru až 11mm což odpoviacutedaacute

průřezu vodiče až 25mm2

211 Stavebniacute bloky

Naacutesledujiacuteciacute scheacutema demonstruje hlavniacute funkčniacute bloky UMC100 a tok dat mezi nimi Obr 22

Hlavniacute blok (Protection) obsahuje prvky souvisejiacuteciacute s ochrannyacutemi prvky Motorovaacute ochrana maacute

vždy vyššiacute prioritu než spiacutenaacuteniacute releacuteovyacutech vyacutestupů Ochrana působiacute přiacutemo na vyacutestup releacute a může

motor zastavit Pokud selže některaacute čaacutest HW zařiacutezeniacute kontrola Hardware Supervision otevře

releacuteoveacute vyacutestupy z bezpečnostniacutech důvodů automaticky Hardware Supervision neniacute možneacute

vyřadit

Měřeniacute proudu poskytuje informace o aktuaacutelniacutem proteacutekajiacuteciacutem proudu motorem kdy zařiacutezeniacute

měřiacute proud v jednotlivyacutech faacuteziacutech a vypočte středniacute hodnotu Naacutestupce původniacuteho kontroleacuteru

UMC22 použiacutevaacute aktuaacutelniacute informace o proudu a takeacute počiacutetaacute odpoviacutedajiacuteciacute teplotu motoru pomociacute

tepelneacuteho modelu Na určiteacute definovaneacute uacuterovni skutečneacute nebo vypočiacutetaneacute teploty dojde k vypnutiacute

motoru z důvodu přetiacuteženiacute

PTC input - tento vstup sloužiacute pro připojeniacute PTC termistoru pro měřeniacute skutečneacute teploty

vinutiacute motoru

Blok (Motor control) obsahuje množstviacute řiacutediacuteciacutech funkciacute Veškereacute přiacutechoziacute přiacutekazy z hlavniacuteho

panelu z digitaacutelniacutech vstupů nebo z FBP rozhraniacute jsou seřazeny a podle nastaveniacute uživatele jsou

poteacute zpracovaacutevaacuteny Blok Starter function řiacutediacute releacuteoveacute vyacutestupy Všechny bloky pracujiacute v logickeacutem

sledu Obvykle majiacute předem definovaneacute aplikace ktereacute budou provaacutedět UMC100 ovšem nabiacuteziacute i

vytvaacuteřeniacute vlastniacutech aplikaciacute [1]

Obr 22 Zaacutekladniacute blokoveacute scheacutema UMC100-FBP a tok dat mezi hlavniacutemi čaacutestmi zařiacutezeniacute [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 19

22 Ovlaacutedaciacute panel UMC100-PAN

UMC100-PAN je LCD panel kteryacutem lze rozšiacuteřit UMC100 o zobrazovaciacute prvek Tento prvek

připojiacuteme na UMC (Obr 21 7 -Konektor pro připojeniacute ovlaacutedaciacuteho LCD panelu Control Panel

UMC100-PAN) Zmiacuteněnyacute typ LCD je možneacute připojit pouze na UMC100 jelikož neniacute

kompatibilniacute se staršiacutem typem UMC22 LCD je předevšiacutem určen pro montaacutež na čelniacutem panelu

nebo na rozvaděči Ovlaacutedaciacute panel sloužiacute k lokaacutelniacutemu zobrazeniacute všech dat Poruchy (errors) a

vyacutestrahy jsou zobrazovaacuteny v nezakoacutedovaneacute podobě Externiacute zaacutevada může byacutet doplněna

individuaacutelniacutem textem např Phase loss Veškereacute parametry je možneacute nastavovat měnit a dle

potřeby chraacutenit přiacutestupovyacutem heslem

Panel sloužiacute pro zobrazeniacute veškeryacutech uacutedajů o obvodu jako např

proud prochaacutezejiacuteciacute motorem (možneacute absolutniacute zobrazeniacute v A nebo relativniacute v )

napětiacute na jednotlivyacutech faacuteziacutech L1-L3 (při použitiacute VI150(5))

aktuaacutelniacute uacutedaje o sepnutyacutech vstupech a vyacutestupech

způsob zapojeniacute motoru-přiacutemyacute chod reverzniacute chodhellip

Při vyacuteskytu přetiacuteženiacute dojde k vybaveniacute ochrany Na LCD je možneacute sledovat časovyacute odpočet

kteryacute zbyacutevaacute do dalšiacuteho možneacuteho uvedeniacute motoru do chodu po vychladnutiacute Po uplynutiacute tohoto

časoveacuteho uacuteseku může byacutet motor opět spuštěn [1]

Obr 23 Popis UMC100-PAN

1 3 stavoveacute LED

zelenaacute ndash zařiacutezeniacute připraveno

žlutaacute ndash zařiacutezeniacute v chodu

červenaacute ndash hlaacutešeniacute poruchy

2 podsviacutecenyacute LCD display

3 vstup do menu ovlaacutedaacuteniacute (Enter Control Menu)

4 vstup do menu nastaveniacute (Enter Configuration Menu)

5 posun nahoru

6 stop motoru

7 posun dolů

8 start motoru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 20

23 Napěťovyacute a rozšiřovaciacute modul

Napěťovyacute VI15x a rozšiřovaciacute (vstupně vyacutestupniacute) modul DX1xx sloužiacute pro možneacute rozšiacuteřeniacute

UMC o dalšiacute vstupy a vyacutestupy v přiacutepadě modulu DX a o měřeniacute napětiacute pomociacute modulu VI

231 Nastaveniacute komunikace

Při použitiacute rozšiřovaciacutech modulů je nejprve nutno pomociacute UMC100-PAN nastavit jejich

připojeniacute Nastaveniacute a uvedeniacute do chodu je provedeno naacutesledujiacuteciacutem způsobem

V hlavniacutem menu (ovlaacutedaacuteniacute pomociacute LCD) vybereme položku IO modules a volbu potvrdiacuteme

přiacuteslušnyacutem tlačiacutetkem Tlačiacutetky Nahoru nebo Dolů vybereme požadovanyacute modul kteryacute chceme

propojit s kontroleacuterem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on [1]

Nastaveniacutem na bdquoonldquo uvedeme moduly do provozu Funkce napěťoveacuteho modulu (VI15x) je

ověřitelnaacute jednoduchyacutem způsobem Pokud nejsou připojeny napaacutejeciacute faacuteze na svorky L1L2 a L3

modulu zařiacutezeniacute hlaacutesiacute chybu z důvodu ochrany při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze [4] [5]

232 VI15x- FBP

VI15x je přiacutedavnyacute napěťovyacute modul sloužiacuteciacute pro měřeniacute sdruženeacuteho popř faacutezoveacuteho napětiacute

motoru Z hodnot proudu měřenyacutech UMC a napětiacute pomociacute VI15x je možno vyhodnotit faacutezovyacute

posuv mezi napětiacutem a proudem Naměřeneacute hodnoty putujiacute skrze komunikačniacute kanaacutel směrem k

UMC100 K propojeniacute s UMC100 sloužiacute piny s označeniacutem Ca a Cb Daacutele modul obsahuje svorky

pro připojeniacute jednotlivyacutech faacutezovyacutech vodičů L1L2 a L3 Pro spraacutevnyacute sled faacuteziacute a jeho detekci musiacute

byacutet dodrženo spraacutevneacute zapojeniacute vzhledem k proudům měřenyacutem v UMC VI150 sloužiacute pro

připojeniacute pouze do uzemněneacute soustavy ( TN-C nebo TN-S) Modul VI155 lze naopak použiacutet jak

pro uzemněneacute soustavy (TN) tak i pro neuzemněneacute (IT) Oba typy sloužiacute k upevněniacute na DIN

lištu [1] [3]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 21

2321 Vnitřniacute struktura VI150-FBP

Obraacutezek přibližuje vnitřniacute strukturu použiteacuteho napěťoveacuteho modulu VI150

Obr 24 Struktura napěťoveacuteho modulu VI150 [3]

Obr 25 Vnějšiacute popis modulu VI150 pro UMC100-FBP

1 konektory pro komunikaci s UMC100 a pro komunikaci s rozšiřovaciacutemi moduly DX111-

FBP a DX122-FBP

2 napěťoveacute vstupy

3 releacuteovyacute vyacutestup

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 22

4 svorky pro připojeniacute napaacutejeciacuteho napětiacute 24VDC

5 3 stavoveacute LED

zelenaacute - zařiacutezeniacute připraveno

žlutaacute - varovaacuteniacute

červenaacute - porucha zařiacutezeniacute

6 popisovyacute štiacutetek

233 DX111-FBP

Modulaacuterniacute zařiacutezeniacute umožňujiacuteciacute rozšiacuteřeniacute UMC100 o dalšiacute pomocneacute vstupy a vyacutestupy

použitelneacute pro různaacute hlaacutešeniacute a vyacutestrahy Digitaacutelniacute vstupy jsou potenciaacuteloveacute s napětiacutem 24V DC

Proto je nutneacute pro ovlaacutedaciacute obvody dodržet napětiacute 24V DC nebo bezpotenciaacuteloveacute kontakty (tj

releacute) připojeneacute ze svorky +24V

Rozšiřovaciacute modul DX111-FBP nabiacuteziacute množstviacute vstupů a vyacutestupů uvedenyacutech v (Tab 21)

Vstupy 8 digitaacutelniacutech vstupů 24V DC

Vyacutestupy 4 releacuteoveacute vyacutestupy

1 analogovyacute vyacutestup

Vstupniacute napětiacute 24V DC

Vstupniacute proud 60 mA

Logickaacute 0 -312hellip+5V DC

helliphelliphelliphellipcv1 +15hellip+312V DC

Tab 21 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX111-FBP [1]

234 DX122-FBP

Multifunkčniacute modul DX122-FBP maacute srovnatelneacute vlastnosti jako předešlaacute DX111 ovšem

rozdiacutel je v tom že DX122 nabiacuteziacute osm digitaacutelniacutech vstupů pro napětiacute 110V až 230V AC

Vstupy 8 digitaacutelniacutech vstupů 110-230V AC

Vyacutestupy 4 releacuteoveacute vyacutestupy

1 analogovyacute vyacutestup

Vstupniacute napětiacute 110V AChellip 240V AC

Vstupniacute proud 60 mA

Logickaacute 0 0hellip 40V AC

helliphelliphelliphelliphellip 1 74hellip 265V AC

Tab 22 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX122-FBP [1]

Pomocnyacute rozšiřovaciacute modul se k UMC100 připojiacute na svorky Ca a Cb patrneacute na (Obr 21)

Připojeniacute lze proveacutest prostou kroucenou dvoulinkou Vzhledem k omezenyacutem prostoraacutem

rozvaacuteděčů kam je UMC100 instalovaacuteno je možneacute připojit rozšiřovaciacute modul odděleně od

kontroleacuteru a to až do vzdaacutelenosti maximaacutelniacute deacutelky 3m [1] [5]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 23

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezek (Obr 26) opět popisuje svorky a monitorovaciacute prvky DX122

Obr 26 Vnějšiacute popis IO modulu DX122-FBP pro UMC100-FBP

1 releacuteoveacute vyacutestupy (čaacutest 1)

2 releacuteoveacute vyacutestupy (čaacutest 2)

3 analogovyacute vyacutestup

4 komunikačniacute port s UMC

5 popisovyacute štiacutetek

6 digitaacutelniacute vstupy (110V AC- 230V AC)

7 3 stavoveacute LED

zelenaacute ndash zařiacutezeniacute v provozu

žlutaacute ndash vyacutestraha

červenaacute ndash porucha modulu

8 svorky pro napaacutejeniacute 24 V DC

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 24

24 Proudovyacute měřiacuteciacute transformaacutetor

Proudoveacute měřiacuteciacute transformaacutetory sloužiacute pro měřeniacute většiacutech hodnot střiacutedavyacutech proudů než je

dovoleno měřiacuteciacutem přiacutestrojem a takeacute ke galvanickeacutemu odděleniacute vedeniacute od měřiacuteciacuteho přiacutestroje

Funkce je založena na principu elektromagnetickeacute indukce Primaacuterniacute vinutiacute je tvořeno silovyacutem

vodičem měřeneacuteho vedeniacute Průchodem proudu primaacuterniacutem vedeniacutem se v magnetickeacutem obvodu

(jaacutedru) vytvaacuteřiacute magnetickyacute tok Φ a na zaacutekladě Faradayova zaacutekona elektromagnetickeacute indukce se

v sekundaacuterniacutem vinutiacute indukuje napětiacute Na sekundaacuterniacute vinutiacute je připojena měřiacuteciacute soustava

Obr 27 Magnetizačniacute charakteristika feromagnetickeacuteho materiaacutelu

Z průběhu magnetizačniacute charakteristiky feromagnetickeacuteho materiaacutelu (zaacutevislosti magnetickeacute

indukce na intenzitě magnetickeacuteho pole ) je patrnyacute stav kdy dojde k nasyceniacute magnetickeacuteho

obvodu transformaacutetoru Při nasyceniacute dochaacuteziacute ke změně vlastnostiacute feromagnetickeacuteho materiaacutelu

a křivka se od lineaacuterniacuteho průběhu odklaacuteniacute (tzv koleno magnetizačniacute křivky)

Obr 28 Měřiacuteciacute transformaacutetor proudu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 25

241 Externiacute proudovyacute transformaacutetor CTs

Externiacute přiacutestrojovyacute transformaacutetor proudu (daacutele jen PTP) se použiacutevaacute v přiacutepadě je-li jmenovityacute

proud motoru vyššiacute než 63A tzn sloužiacute k přizpůsobeniacute proudoveacuteho rozsahu na hodnotu kterou

je schopno UMC změřit UMC100 je schopneacute pracovat pomociacute sveacuteho vnitřniacuteho transformaacutetoru

proudu s proudem 024A až 63A Použitiacutem externiacuteho proudoveacuteho transformaacutetoru je možneacute měřit

až do hodnoty 850A PTP k UMC100 majiacute převod 1854 3104 5004 a 8504 Sekundaacuterniacutemu

vinutiacute odpoviacutedajiacute 4A což uvaacutediacute popis jednotlivyacutech typů proudovyacutech transformaacutetorů uvedenyacutech v

Tab 23 (čiacuteslo uvedeneacute za lomiacutetkem) např CTxLxxxR4 PTP maacute definovanou třiacutedu přesnosti

3 v celeacutem rozsahu měřeneacuteho proudu K nasyceniacute magnetickeacuteho obvodu transformaacutetoru dochaacuteziacute

přibližně při osminaacutesobku jmenoviteacuteho proudu In Transformaacutetor je navržen s třiacutedou přesnosti

5P10 to znamenaacute že je deklarovaacutena průměrnaacute chyba menšiacute než 5 při 10 naacutesobku jmenoviteacute

hodnoty proudu

Typ Rozsah měřeneacuteho proudu

[A] Max proud CT

[A]

CT4L185R4 60 až 185 1480

CT4L310R4 180 až 310 2480

CT5L500R4 300 až 500 4000

CT5L850R4 500 až 850 6800

Tab 23 Typy externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů s měřenyacutem rozsahem proudu [1]

Přiacuteklad zvoleniacute přiacuteslušneacuteho proudoveacuteho transformaacutetoru

Maacuteme-li asynchronniacute motor se jmenovityacutem proudem napřiacuteklad In =190 A a rozběhovyacutem proudem

pak

(241)

Podle jmenoviteacuteho proudu motoru In ležiacuteciacuteho v rozsahu měřeneacuteho proudu přiacuteslušneacuteho CT

určiacuteme typ CT Nachaacuteziacute-li se jmenovityacute proud na mezi některeacuteho z měřenyacutech rozsahů CT voliacute se

takovyacute transformaacutetor kteryacute maacute většiacute hodnotu maximaacutelniacuteho proudu než vyacuteslednyacute proud

vypočtenyacute Pro přiacutepad kdy In = 190 A je zvolenyacute typ CT4L310R4 Maximaacutelniacute proud Imax splňuje

požadavek kdy Imax lt max proud CT [1]

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezky představujiacute konstrukce externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 26

Obr 29 Konstrukce CT4L185R4 a CT4L310R4 [3]

Obr 210 Konstrukce CT5L500R4 a CT5L850R4 [3]

Zapojeniacute svorkovnice proudoveacuteho transformaacutetoru CTxLxxxR4 a propojeniacute s integrovanyacutem

proudovyacutem transformaacutetorem UMC100 Na Obr 211 je takeacute ukaacutezka zapojeniacute měřiacuteciacuteho modulu

VI150 na přiacutevodniacutech faacuteziacutech motoru a dodrženyacutem spraacutevnyacutem sledem faacutezovyacutech vodičů

Obr 211 UMC100-FBP s CT a VI150 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 27

Obecně platiacute že vyacutevody sekundaacuterniacuteho vinutiacute měřiacuteciacuteho transformaacutetoru proudu jsou buď

zapojeny na zaacutetěž nebo jsou propojeny do zkratu a jeden z vyacutevodů je uzemněn Princip je patrnyacute

z Obr 212 V praxi dochaacuteziacute k několika chybaacutem způsobenyacutech neznalostiacute problematiky Jednou

může byacutet neuzemněniacute jedneacute ze svorek sekundaacuterniacuteho vinutiacute Pak vznikaacute kapacitniacute vazba a

sekundaacuterniacute vinutiacute v nepřiacutezniveacutem přiacutepadě může vysokyacutem napětiacutem termionicky působit - jiskřit na

kostru Při delšiacutem trvaacuteniacute jiskřiveacuteho vyacuteboje v jednom miacutestě se mohou vytvořit vodiveacute cesty a dojiacutet

k průrazu izolace vodiče k nežaacutedouciacutemu potenciaacutelu [8]

Obr 212 Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů proudu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 28

25 Monitorovaciacute zařiacutezeniacute zemniacuteho spojeniacute CEM11-FBP

Monitorovaciacute zařiacutezeniacute CEM11 sloužiacute pro sledovaacuteniacute svodovyacutech proudů respektive zemniacutech

poruch způsobenyacutech nejčastěji poškozenou izolaciacute Detekovaacuteniacute takoveacuteto zemniacute poruchy vede

k odpojeniacute motoru aby nedošlo k jeho většiacutemu poškozeniacute nebo vede k upozorněniacute obsluhy

Možneacute použitiacute je jak v siacutetiacutech uzemněnyacutech tak i neuzemněnyacutech

Průvlečneacute oko je tvořeno toroidniacutem transformaacutetorem kteryacutem jsou vedeny všechny 3 faacutezoveacute

vodiče motoru Zařiacutezeniacute hliacutedaacute to aby součet faacutezorů proudů byl nulovyacute Jakmile dojde k zemniacutemu

spojeniacute tzn součet faacutezorů proudů je nenulovyacute integrovanaacute elektronika CEM11 sepne nebo

rozepne vyacutestup Vyacutestup z CEM11 pracuje jako kontakt kteryacute detekovanou hodnotou proudu

sepne nebo rozepne 24V DC jenž poteacute může byacutet připojeno jako např digitaacutelniacute vstup do UMC

Nastaveniacute zpožděniacute sepnutiacute varovaacuteniacute nebo odpojeniacute lze zvolit v UMC a to v rozsahu od 01s ndash

255s Nastaveniacute citlivosti spiacutenaacuteniacute je možneacute v několika krociacutech Poloha přepiacutenače (0-7) s toleranciacute

na pozici 0 cca plusmn30 a daacutele vždy s toleranciacute cca plusmn10

CEM11 je možneacute uložit spolu s ostatniacutemi komponenty na DIN lištu normovaneacuteho rozměru

35mm nebo pomociacute přiacutedavneacuteho klipu pro nejmenšiacute rozměr CEM11-FBP20 [1]

Průměr průvlečneacuteho

oka [mm]

Proudovyacute rozsah

[mA]

20 80 - 1700

35 100 - 3400

60 120 - 6800

120 240 - 13600

Tab 24 Rozměry vyraacuteběnyacutech CEM11-FBPs udaacutevanyacutemi hodnotami svodovyacutech proudů

Obr 213 Zapojeniacute CEM11-FBP do obvodu [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 29

26 Napaacutejeciacute zdroj

Pro napaacutejeniacute modulů UMC100 DX122 a VI150 sloužiacute zdroj typu CP-D 2413 Jednaacute se o

napaacutejeciacute zdroj kteryacute na sveacutem vyacutestupu dovoluje regulaci napětiacute 24-28V DC s toleranciacute plusmn 1

Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute je umožněna z důvodu připojeniacute modulů na dlouheacute vedeniacute kde

vznikajiacute uacutebytky napětiacute praacutevě vlivem deacutelky vedeniacute Zpravidla klesne-li na vedeniacute napětiacute od

jednoho zdroje na ktereacutem je nastaveno maximaacutelniacute vyacutestupniacute napětiacute pod minimaacutelniacute hodnotu

potřebnou pro napaacutejeniacute modulu je nutneacute použiacutet dalšiacute napaacutejeciacute zdroj Maximaacutelniacute proud zdroje je

Imax = 13A a jmenovityacute vyacutestupniacute vyacutekon 30W Tento typ zdroje je diacuteky svyacutem modulaacuterniacutem

rozměrům možneacute umiacutestit na DIN lištu (EN50022-35) [6]

Naacutesledujiacuteciacute zatěžovaciacute charakteristika znaacutezorňuje zaacutevislost svorkoveacuteho napětiacute zdroje na

odebiacuteraneacutem proudu pro teplotu T=25degC

Obr 214 Zatěžovaciacute charakteristika zdroje CP-D 2413[6]

Obr 215 Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 30

27 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

Tento modul poskytuje komunikaci pro FieldBusPlug zařiacutezeniacute jako je např UMC100

s počiacutetačem prostřednictviacutem siacutetě Ethernet K MTQ22 lze připojit až 4 zařiacutezeniacute pro uacutesporu

naacutekladů Naacutesledujiacuteciacute popis je vztažen k Obr 216 kde jsou znaacutezorněny jednotliveacute čaacutesti modulu

1 konektory s označeniacutem X1 až X4 sloužiacute pro připojeniacute až 4 zařiacutezeniacute FBP

2 LED diody pro signalizaci aktuaacutelniacuteho stavu komunikace

3 micro USB konektor s označeniacutem X5 pro připojeniacute a konfiguraci pomociacute PC

4 dvě RJ45 zaacutesuvky s označeniacutem E1 a E2 pro připojeniacute pomociacute Ethernetoveacuteho kabelu

5 konektor pro připojeniacute 24V DC napaacutejeciacuteho napětiacute nese označeniacute X6

Obr 216 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 31

OCHRANNEacute FUNKCE 3Kontroleacuter nabiacuteziacute velkeacute množstviacute ochrannyacutech funkciacute potřebnyacutech pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacuteho chodu

motoru Některeacute funkce jsou aktivniacute pouze po čaacutest běhu motoru typicky při startu motoru jineacute

po jeho rozběhu Naacutesledujiacuteciacute tabulka (Tab 31) nastiacuteniacute přehled nejdůležitějšiacutech ochran motoru a

čas kdy jsou aktivovaacuteny

Ochrannaacute funkce Aktivniacute

Při tepelneacutem přetiacuteženiacute Vždy

Při zablokovaneacutem rotoru Při startu motoru

Při proudoveacutem přetiacuteženiacute Po startu

Při proudoveacutem podtiacuteženiacute Po startu

Sled faacuteziacute Vždy

Při faacutezoveacute nesymetrii Vždy

Při ztraacutetě faacuteze Vždy

PTC ochrana Vždy

Při zemniacutem spojeniacute Vždy po spuštěniacute

Při napěťovyacutech špičkaacutech Vždy

Při harmonickeacutem zkresleniacute Vždy

Tab 31 Ochranneacute funkce [1]

Nastaveniacute parametrů jednotlivyacutech ochran probiacutehaacute pomociacute UMC100-PAN

31 Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute

UMC100 disponuje nastavitelnyacutem vypiacutenaacuteniacutem při tepelneacutem přetiacuteženiacute podle třiacuted 5E 10E 20E

30E a 40E viz Obr 31 Tyto třiacutedy uvaacutedějiacute poměr mezi aktuaacutelniacutem prochaacutezejiacuteciacutem proudem

motorem I a jmenovityacutem proudem motoru In uvedenyacutem na štiacutetku v zaacutevislosti na maximaacutelniacute době

rozběhu t

Třiacuteda 5E 10E 20E 30E 40E

t [s] 15 3 6 3 12

Tab 32 Třiacutedy přetiacuteženiacute a čas odpojeniacute

Lze hovořit o dvou typech rozběhu motoru

1 normaacutelniacute rozběh - do 10s

2 těžkyacute rozběh - viacutece jak 10s

Při rozběhu zatiacuteženeacuteho motoru se otaacutečky zvyšujiacute z nuloveacute hodnoty na jmenovitou přičemž

dochaacuteziacute k naacuterůstu proudu až na několikanaacutesobek jeho jmenoviteacute hodnoty Zpravidla u většiacutech

motorů byacutevaacute naacuterůst až 10In tudiacutež v tento bdquokritickyacuteldquo okamžik nesmiacute vybavit ochrana na tepelneacute

přetiacuteženiacute Rozběh motoru pro UMC končiacute při poklesu proudu I na hodnotu 135 proudu

jmenoviteacuteho In nebo při dosaženiacute jmenovityacutech otaacuteček nn Udaacutevaneacute časy představuje Tab 32

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 32

311 Určeniacute teploty vinutiacute a vypiacutenaciacute třiacutedy

Podle způsobu určeniacute teploty vinutiacute motoru se ochrany rozlišujiacute na proudově nezaacutevisleacute a

proudově zaacutevisleacute

Proudově nezaacutevisleacute ochrany měřiacute přiacutemo teplotu ve vinutiacute motoru pomociacute vhodneacuteho čidla

teploty zpravidla termistoru Tiacutemto způsobem lze zjistit nedovoleneacute otepleniacute způsobeneacute např

poruchou cirkulace vzduchu kterou proudově zaacutevislaacute ochrana neniacute schopna vyhodnotit

Proudově zaacutevisleacute ochrany vyhodnocujiacute teplotu vinutiacute motoru nepřiacutemo a to prostřednictviacutem

vyacutepočtoveacuteho modelu z provozniacuteho proudu motoru Zvyacutešeniacute provozniacuteho proudu motoru maacute za

naacutesledek otepleniacute ktereacute vede trvaacute-li delšiacute dobu k poškozeniacute nebo zničeniacute motoru Ochrana při

tepelneacutem přetiacuteženiacute ndash TOL chraacuteniacute motor před přehřaacutetiacutem Tepelnyacute model je vypočiacutetaacutevaacuten za chodu i

v klidu motoru a z těchto stavů se pak zjistiacute tepelnaacute kapacita Znalost teacuteto hodnoty vede

k maximalizaci produktivity Funkčnost tepleneacuteho modelu je v souladu s normou

Při použitiacute motoru pro cyklickeacute operace dochaacuteziacute ke schodoviteacutemu zvyšovaacuteniacute teploty motoru Je

zapotřebiacute volit spraacutevnyacute čas intervalu mezi cykly aby nedochaacutezelo k přehřaacutetiacute a zbytečneacutemu

poškozeniacute izolace vinutiacute motoru

Funkce Thermal load (tzv tepelnaacute zaacutetěž) hliacutedaacute poměr aktuaacutelniacuteho prochaacutezejiacuteciacuteho proudu I a

jmenoviteacuteho proudu In motoru Jakmile poměr IIn přesaacutehne 100 začiacutenaacute odpočet TTT a motor

bude odpojen po uplynutiacute nastaveneacute periody Možnost opětovneacuteho spuštěniacute přetiacuteženeacuteho motoru

proběhne po jeho vychladnutiacute To je možneacute nastavit dvěma způsoby [1]

1 Ručně nastavenou periodou během ktereacute je motor blokovaacuten proti spuštěniacute

(ovlivňovaacuteno velikostiacute motoru teplotou prostřediacute kde je motor použit zda je vybaven

ventilaacutetorem či neniacute apod)

2 Nastaveniacutem procentuaacutelniacute hodnoty tepelneacute kapacity do ktereacute nebude moci obsluha

motor spustit (při nastaveniacute 50 nedojde k odblokovaacuteniacute ochrany pokud neklesne

tepelnaacute kapacita pod zadanou hodnotu)

Určeniacute vypiacutenaciacute třiacutedy je představeno na naacutesledujiacuteciacutem přiacutekladu

Maacuteme-li trojfaacutezovyacute asynchronniacute motor o vyacutekonu 22kW poměr IIn = 5 a maximaacutelniacute dobu

rozběhu to = 10s Z přiloženeacuteho grafu vypiacutenaciacutech třiacuted pro studenyacute motor určiacuteme požadovanou

třiacutedu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 33

Obr 31 Vypiacutenaciacute třiacutedy pro UMC100-FBP[1]

Z vyacutesledku je patrneacute že motor budeme vypiacutenat proti přetiacuteženiacute podle třiacutedy 5E jelikož křivka

pro 5E je pod maximaacutelniacute dobou rozběhu to = 10s Pokud by došlo ke zvoleniacute např třiacutedy 10E

hrozilo by poškozeniacute motoru jelikož by na motor působilo přetiacuteženiacute delšiacute dobu než je tomu

dovoleno [10]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 34

32 Ochrana při zablokovaneacutem rotoru

V okamžiku připojeniacute motoru na napaacutejeciacute siacuteť se rotor neotaacutečiacute (n = 0 s = 1) Motor je ve

stavu nakraacutetko a jeho proud je omezen pouze ohmickyacutemi odpory a rozptylovyacutemi reaktancemi

vinutiacute Zaacuteběrnyacute proud I1z dosahuje většinou 4 až 10 x většiacutech hodnot než proud jmenovityacute In

Určit velikost tohoto proudu je možneacute ze vztahu 321

radic

kde

U1 - Vstupniacute napětiacute

R1 - Odpor primaacuterniacuteho vinutiacute

Xr1 - Reaktance statoroveacuteho vinutiacute

Xrsquor20 - Reaktance zabrzděneacuteho rotoru

Rlsquo2s - Celkovyacute činnyacute odpor rotoru

RFe - Činnyacute odpor magnetickeacuteho obvodu

Xm - Reaktance magnetickeacuteho obvodu

I1z - Zaacuteběrnyacute proud

Obr 32 Obvodovyacute model asynchronniacuteho motoru pro jednu faacutezi statoroveacuteho vinutiacute ndash nakraacutetko

Velkyacute zatěžovaciacute moment Mz nebo mechanickaacute porucha může zapřiacutečinit zablokovaacuteniacute rotoru

Ochrannaacute funkce detekuje dlouhou počaacutetečniacute situaci kteraacute je praacutevě důsledkem zmiacuteněnyacutech přiacutečin

UMC100 tiacutemto odpojiacute motor od napaacutejeniacute čiacutemž ho ochraacuteniacute od nadměrneacuteho tepelneacuteho namaacutehaacuteniacute

V uživatelskeacutem prostřediacute je možneacute individuaacutelně nastavit jak maximaacutelniacute proud tak i čas po

ktereacutem dojde k odpojeniacute zablokovaneacuteho motoru Pro experimentaacutelniacute použitiacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy je nastavena hodnota poměru pro odpočet a naacutesledneacute odpojeniacute IIn na 300 [1] [9]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 35

33 Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute zabezpečiacute odpojeniacute motoru vyskytne-li se v obvodu většiacute

hodnota proudu než nastavenaacute jmenovitaacute In Bliacuteže tuto funkci představiacute přiloženyacute průběh Funkce

je aktivniacute až po roztočeniacute motoru v okamžiku rozběhu je neaktivniacute

Princip ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Do okamžiku T1 od zapnutiacute klesne zaacuteběrnyacute proud na hodnotu cca Ix = 135 In V časoveacutem

uacuteseku T1 až T2 dochaacuteziacute k naacuterůstu prochaacutezejiacuteciacuteho proudu motorem V okamžiku T2 překročiacute

proud hodnotu Ivar Tiacutemto okamžikem začne odpočet nastaveneacute doby zpožděniacute tvar kteraacute po

uplynutiacute sepne signalizaci varovaacuteniacute nadproudoveacuteho přetiacuteženiacute Odpočet doby tvar narůstaacute je-li

proud motorem I gt Ivar Jakmile proud I ge Iodp dochaacuteziacute k sepnutiacute čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute todp

Platiacute-li podmiacutenka I ge Iodp a dojde k načteniacute hodnoty todp UMC100 odpojiacute motor od napaacutejeniacute a tiacutem

zabraacuteniacute jeho poškozeniacute

Obr 33 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu přetiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash dosaženiacute vysokeacute proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash dosaženiacute hodnoty proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

34 Ochrana při proudoveacutem podtiacuteženiacute

Jakmile hodnota (činneacuteho) proudu klesne pod nastavenou uacuteroveň kteraacute je pro danyacute proces

typickaacute dojde v UMC100 k vybaveniacute ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a motor odpojiacute od

napaacutejeniacute Tato ochrana se předevšiacutem využiacutevaacute pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacute funkce čerpadla když detekuje

ztraacutetu jeho saacuteniacute či pro paacutesoveacute dopravniacuteky ve vyacuterobniacutech provozech Včasneacute varovaacuteniacute a odpojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 36

motoru snižuje zejmeacutena prostoje vyacuteroby Princip varovaacuteniacute a odpojeniacute je představen na

naacutesledujiacuteciacutem průběhu jak tomu bylo u ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Princip ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute zobrazeneacuteho průběhu

Po poklesu aktuaacutelniacuteho proudu v okamžiku T1 motor normaacutelně běžiacute V časoveacutem uacuteseku T1 až

T2 dochaacuteziacute k poklesu proudu pod jmenovitou hodnotu In až na nastavenou hodnotu Ivar Při

dosaženiacute teacuteto hodnoty začne odpočet varovaacuteniacute proudoveacuteho podtiacuteženiacute Nepřesaacutehne-li proud za

dobu kratšiacute než tvar mez Ivar (tzn nevzroste-li se zpět k In) dojde ke spuštěniacute signalizace

proudoveacuteho podtiacuteženiacute Při pokračujiacuteciacutem poklesu proudu jak je patrneacute v časoveacutem intervalu T2-T3

až na mez Iodp dojde k čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute Při překročeniacute nastaveneacute doby todp a za

podmiacutenky že proud I le Iodp UMC100 motor odpojiacute od napaacutejeciacute siacutetě

Obr 34 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash niacutezkaacute proudovaacute uacuteroveň kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash hodnota proudu kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

Popis funkce ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute blokoveacuteho scheacutematu

Signaacutel Istart představuje hodnotu proudu po startu motoru- log 1(tzn Signalizace motoru v

chodu) Tento signaacutel tvořiacute vstup logickeacuteho hradla AND (1) Funkci tohoto hradla znaacutezorňuje

přiloženaacute tabulka Tab 33 Druhyacute vstup signalizuje aktuaacutelniacute hodnotu proudu kteraacute motorem

proteacutekaacute Je-li proud IltIvar detekuje hradlo AND druhou logickou jedničku a hradlo vybaviacute podle

přiloženeacute tabulky Tento signaacutel z hradla aktivuje časovač zpožděniacute varovaacuteniacute Po uplynutiacute

nastaveneacuteho časoveacuteho uacuteseku signalizuje podtiacuteženiacute Dochaacuteziacute-li staacutele k poklesu proudu až do

uacuterovně kdy IltIodp pak na druheacutem logickeacutem hradle AND (2) budou na vstupu log 1 Sepne

čiacutetaacuteniacute zpožděniacute vypnutiacute a po uplynutiacute doby UMC motor vypne

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 37

Obr 35 Blokoveacute scheacutema ochrany proti proudoveacutemu podtiacuteženiacute [1]

Vstup Vyacutestup

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

Tab 33 Princip funkce logickeacuteho hradla AND

341 Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek

Při chodu asynchronniacuteho motoru odebiacuteraacute stroj ze siacutetě jalovyacute proud kteryacute je potřebnyacute pro

vytvořeniacute magnetizace hlavniacuteho magnetickeacuteho obvodu Tento tzv magnetizačniacute proud je

nezaacutevislyacute na zatiacuteženiacute stroje Uplatněniacute nalezne zejmeacutena při chodu napraacutezdno a maleacutem zatiacuteženiacute

kdy je uacutečiniacutek motoru niacutezkyacute Motor maacute tedy nejleacutepe pracovat při plneacutem zatiacuteženiacute[11]

Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek jsou důležiteacute parametry pro detekovaacuteniacute niacutezkeacute zaacutetěže nebo situace bez

zaacutetěže např uzavřenyacute ventil Pomociacute napěťoveacuteho modulu VI15x a UMC je měřeno sdruženeacute

(faacutezoveacute) napětiacute faacutezovyacute proud čili i faacutezovyacute posuv mezi proudem a napětiacutem - cos φ Pomociacute těchto

parametrů je UMC schopneacute analogicky spočiacutetat hodnotu činneacuteho přiacutekonu

radic

Poklesne-li poteacute činnyacute přiacutekon pod nastavenou procentuaacutelniacute hodnotu P (př 85 Pn) motor vypne

tj bude-li PPn le 085

Experimentaacutelniacutem měřeniacutem v raacutemci laboratorniacute uacutelohy byla pomociacute přiacutestroje Yokogawa WT1800

změřena zaacutevislost uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute motoru Z vyacutesledneacuteho grafu (Obr 37) je

patrneacute že se snižovaacuteniacutem zatiacuteženiacute rotoru klesaacute velikost uacutečiniacuteku Naměřeneacute hodnoty pro konstrukci

grafu jsou uvedeny v přiacuteloze

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 38

Obr 36 Charakteristiky asynchronniacuteho motoru při zatiacuteženiacute [11]

Obr 37 Graf zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti P2

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

01

02

03

04

05

06

07

08

09

0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000

P1 [

W]

cos

ϕ [

-]

P2 [W]

P2 P1 Q1

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 39

35 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

Princip ochrany

Je-li poměr nejnižšiacuteho proudu (Imin) a nejvyššiacuteho proudu (Imax) ve faacuteziacutech nad nastavenou

uacuterovniacute pro varovaacuteniacute sepne signalizace ztraacutety faacuteze Jakmile ovšem tento poměr překročiacute

nastavenou hodnotu pro odpojeniacute motoru sepne zpožděniacute vypnutiacute a podle nastaveneacute třiacutedy

přetiacuteženiacute motor po uplynutiacute časoveacuteho intervalu odpojiacute

Funkce faacutezoveacute nesymetrie je aktivniacute pouze tehdy je-li proud ve všech třech faacuteziacutech gt 25 In

(jmenoviteacuteho proudu) [1]

Naacutesledujiacuteciacute rovnice představuje vyacutepočet procentuaacutelniacuteho poměru proudu pro vypnutiacute motoru při

uacuteplneacute ztraacutetě faacuteze

(

)

36 Ochrana sledu faacuteziacute

Ochrana sledu faacuteziacute hliacutedaacute zejmeacutena spraacutevnyacute směr otaacutečeniacute motoru Důležiteacute pro použitiacute teacuteto

ochrany je miacutesto zapojeniacute napěťoveacuteho modulu VI15x Pokud by byl modul zapojen za stykači

nastala by chyba při reverzniacutem zapojeniacute Na stykačiacutech dochaacuteziacute zapojeniacutem k zaacuteměně dvou

faacutezovyacutech vodičů a tiacutem i změně směru otaacutečeniacute motoru UMC s pomociacute VI150 vyhodnotiacute situaci

jako chybovou a vypne motor Napěťovyacute modul se tedy zpravidla umiacutesťuje hned za hlavniacute jistiacuteciacute

prvek viz Obr 44

37 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Jedno z největšiacutech nebezpečiacute pro motor představuje ztraacuteta jedneacute napaacutejeciacute faacuteze Chod na 2

napaacutejeciacute faacuteze zatěžuje motor na tepelneacute uacutečinky proudu vlivem zvyacutešeniacute proudu ve zbylyacutech 2

faacuteziacutech UMC100 v tomto přiacutepadě vypiacutenaacute motor podle předem stanovenyacutech časovyacutech intervalů

Intervaly vypnutiacute jsou stejneacute jako pro ochranu proti proudoveacutemu přetiacuteženiacute (Tab 32) a

odpoviacutedajiacute nastaveneacute třiacutedě přetiacuteženiacute Tuto ochranu dřiacuteve zajišťovalo tepelneacute releacute ktereacute v tomto

přiacutepadě nemusiacute byacutet použito

38 PTC ochrana

381 Termistor

Termistor je polovodičovyacute nelineaacuterniacute dvojpoacutel jehož odpor se měniacute v zaacutevislosti na teplotě

prostřediacute ve ktereacutem pracuje Jeho vyacutehodou je že velmi rychle a citlivě reaguje na změnu teploty

Rozlišujeme zpravidla 2 druhy termistorů

1 NTC (Negative Temperature Coefficient) - termistor se zaacutepornyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou klesaacute jeho odpor (roste elektrickaacute vodivost a proud)

2 PTC (Positive Temperature Coefficient) ndash termistor s kladnyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou jeho odpor roste

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 40

Obr 38 Zaacutevislost odporu termistoru na teplotě

Použitiacute termistorů

NTC termistory se použiacutevajiacute zpravidla k měřeniacute teploty PTC se nejčastěji využiacutevaacute

v kuchyňskyacutech spotřebičiacutech kde je požadovaacutena konstantniacute teplota v termostatech a pro hliacutedaacuteniacute

teploty vinutiacute motorů

382 Princip PTC ochrany v UMC

Ochrana obecně spadaacute do skupiny proudově nezaacutevislyacutech ochran Pro připojeniacute PTC

termistoru sloužiacute na UMC100 svorky s označeniacutem T1 a T2 PTC zvyšuje svůj odpor s rostouciacute

teplotou proto je možneacute ho použiacutet pro hliacutedaacuteniacute teploty např vinutiacute statoru UMC je schopneacute

vyhodnotit tuto změnu odporu a vydaacute signaacutel k odpojeniacute motoru od siacutetě [7]

39 Ochrana při zemniacutem spojeniacute

Ochrana při zemniacutem spojeniacute spočiacutevaacute v ochraně motoru siacutetě a technologie při nežaacutedouciacutech

vlivech způsobenyacutech zejmeacutena staacuternutiacutem izolace a jejiacutem zhoršenyacutem izolačniacutem uacutečinkem

Naacutesledkem přetěžovaacuteniacute vedeniacute vlhkostiacute kondenzaciacute vody v elektrickeacutem zařiacutezeniacute nebo vrstvou

vodiveacuteho prachu jsou praacutevě zhoršeneacute vlastnosti izolačniacuteho materiaacutelu To vede k nechtěneacutemu

zemniacutemu spojeniacute Zemniacute spojeniacute je monitorovaacuteno pomociacute UMC spolu se zařiacutezeniacutem CEM11 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 41

DEMONSTRAČNIacute PŘIacutePRAVEK 4

41 Naacutevrh přiacutepravku

Pro demonstraci UMC100 a dalšiacutech prvků řady produktů od společnosti ABB sro byl

navržen přiacutepravek pomociacute software AutoCAD a Inventor Professional kteryacute byl poteacute zrealizovaacuten

a oživen Nosnaacute konstrukce (Obr 41) je vyrobena z jӓckelu o rozměru 25x25mm

Obr 41 Nosnaacute konstrukce

Čelniacute panel tvořiacute plech s rozměry 500x400mm a tloušťky 2mm Plech je osazen

rozvaděčovyacutemi kanaacutely 25x60mm a všemi potřebnyacutemi komponentami pro realizaci zapojeniacute

Vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho panelu s otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky a ovlaacutedaciacute tlačiacutetka motoru je na

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

Seznam použityacutech komponent Vyacuterobce

3-poacutelovyacute jistič C16 OEZ

Pojistkoveacute pouzdro RSP 4 Elektro Bečov

Komunikačniacute modul MTQ22-FBP ABB

Motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP ABB

Napěťovyacute modul VI150-FBP ABB

Rozšiřovaciacute modul DX122-FBP ABB

Ministykač LC1K09(LC1K12) Schneider Electric

Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A ABB

Rozvaděčovyacute kanaacutel 25x60mm KOPOS

Přiacutestrojoveacute zdiacuteřky 4mm do panelu AMASS

Tlačiacutetka do panelu 250V1A JIETONG

Tab 41 Seznam použityacutech komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 42

Pro konstrukci je důležiteacute aby navrženyacute panel rozměrově odpoviacutedal všem potřebnyacutem přiacutestrojům

a modulům Pro tuto přiacuteležitost je pomociacute software AutoCAD vytvořen vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho

panelu Obr 43 kteryacute je konstruovaacuten

Navrženyacute nosnyacute plech tloušťky 2mm na ktereacutem jsou umiacutestěny veškereacute komponenty Obr 42

Ve vrchniacute polovině plechu jsou vyvrtaacuteny otvory o průměru 4mm sloužiacuteciacute pro uchyceniacute

rozvaděčoveacuteho kanaacutelu a DIN lišty Ve středniacute čaacutesti plechu jsou 4 průvlečneacute otvory určeneacute k

průchodu vodičů ze zadniacute čaacutesti plechu (od napaacutejeciacutech svorek) do rozvaděčoveacuteho kanaacutelu na straně

předniacute Pro tuto potřebu jsou stejneacute otvory vyvrtaacuteny takeacute do dna kanaacutelu Ve spodniacute čaacutesti jsou

otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky pomociacute kteryacutech je zajištěno napaacutejeniacute panelu a poteacute napaacutejeniacute motoru

a 3 otvory na ovlaacutedaciacute tlačiacutetka k zajištěniacute ovlaacutedaacuteniacute motoru Uchyceniacute plechu k nosneacute konstrukci

je provedeno samořeznyacutemi šroubky M5 v roziacutech plechu

Obr 42 Naacutevrh plechu panelu

Vyacutekres plechu s udaacuteniacutem koacutet je obsažen v přiacuteloze praacutece viz Obr 01

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 43

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 44

42 Scheacutema zapojeniacute přiacutepravku

Demonstračniacute panel je uzpůsoben pro reverzniacute chod trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 44 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho přiacutepravku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 45

43 Vyacuteslednyacute přiacutepravek

Vyacuteslednyacute osazenyacute a zapojenyacute přiacutepravek určenyacute pro laboratorniacute uacutelohu doplněnyacute vhodnyacutemi

štiacutetky pro ovlaacutedaacuteniacute a zapojeniacute napaacutejeciacute siacutetě (VSTUP) a motoru (VYacuteSTUP)

Obr 45 Demonstračniacute přiacutepravek

Zadniacute čaacutest panelu s izolovaacuteniacutem konektorů FASTON pomociacute teplem smrštitelneacute bužiacuterky před

nebezpečnyacutem dotykem živeacute čaacutesti

Obr 46 Zadniacute pohled

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 46

44 Demonstračniacute kufr pro ABB

Pro společnost ABB sro byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 prezentujiacuteciacute

jeho možnosti Zaacutekladniacutem požadavkem naacutevrhu bylo řešeniacute pomociacute jednofaacutezoveacuteho napaacutejeniacute

Jelikož UMC100 je uzpůsobeno pro chod trojfaacutezovyacutech motorů je použit frekvenčniacute měnič

ACS50 kteryacute nabiacuteziacute při napaacutejeniacute pomociacute jednofaacutezoveacute siacutetě na sveacutem vyacutestupu napětiacute 3x230V50Hz

Pro digitaacutelniacute vstupy UMC100 a rozšiřovaciacuteho modulu DX111 je navrženo použitiacute dvoupoacutelovyacutech

paacutečkovyacutech přepiacutenačů s funkciacute (ON)-OFF-ON s napětiacutem 24V DC K signalizaci aktivniacutech vstupů

a vyacutestupů je navrženo použitiacute zelenyacutech signaacutelek Ovlaacutedaciacute panel kufru obsahuje spiacutenače pro

simulaci ztraacutety napaacutejeciacute faacuteze motoru potenciometr k simulaci faacutezoveacute nesymetrie daacutele červenou

signaacutelku pro signalizaci poruchovyacutech stavů a žlutou pro chod motoru Všechny přepiacutenače a

signaacutelky jsou přiacutestupneacute uživateli prostřednictviacutem navrženeacuteho ovlaacutedaciacuteho panelu kteryacute současně

posloužiacute jako kryt kufru (Obr 02) Jelikož pro přenosnyacute kufr neniacute nejvhodnějšiacute použitiacute

asynchronniacuteho motoru je proto použit 6-poacutelovyacute synchronniacute motor s přiacutekonem 23VA

vyacutestupniacutem vyacutekonem 105W a jmenovityacutem proudem 100mA

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 47

Obr 47 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho kufru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 48

SIMULACE OCHRAN 5Kapitola obsahuje soupis simulaciacute ochran ktereacute jsou demonstrovaacuteny v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jež se zabyacutevaacute problematikou UMC100 Z širokeacute škaacutely ochran jsou vybraacuteny 4 situace ktereacute

se v průmyslu často vyskytujiacute

51 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

K nasimulovaacuteniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii je použit posuvnyacute potenciometr kteryacute je

připojen na svorky (12) Pomociacute potenciometru bude snižovaacutena velikost napětiacute na přiacutevodniacute faacutezi

do motoru (L1) Pro demonstraci ochrany je použit napěťovyacute modul VI150 spolu s UMC100 Na

svorky modulu označeneacute (L1L2 a L3) jsou přivedeny faacuteze v uvedeneacutem sledu Při zvyšovaacuteniacute

odporu rezistoru ve faacutezi dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute napětiacute na přiacutevodniacute svorce (L1) vlivem rostouciacuteho

uacutebytku napětiacute na daneacutem rezistoru Je-li napěťovyacute modul propojen vodičem s UMC a je-li spraacutevně

nastaven UMC vyhodnotiacute po určiteacutem poklesu napětiacute a naacuterůstu proudu ve zbylyacutech dvou faacuteziacutech

(L2 a L3) jako chybovou a vybaviacute Nejprve bude vybaveno varovaacuteniacute a poteacute dojde k odpojeniacute

motoru

52 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze je motor vystaven vysokeacutemu riziku což většinou vede k jeho

zničeniacute Demonstrace ochrany proběhne uacuteplnyacutem odpojeniacutem napaacutejeciacute faacuteze L2 Pro vybaveniacute

ochrany neniacute zapotřebiacute aby byl motor v chodu neboť použitiacute napěťoveacuteho modulu VI150

detekuje nepřiacutetomnost napětiacute faacuteze a vybaviacute Při chodu motoru ochrana vybaviacute od 15s pro třiacutedu

5E a do 12s pro 40E podle nastaveneacute třiacutedy přetiacuteženiacute viz Tab 32 Princip funkce při chodu

motoru spočiacutevaacute v porovnaacuteniacute nejvyššiacute a nejnižšiacute naměřeneacute hodnoty faacutezoveacuteho proudu s

nastavenyacutemi uacuterovněmi Vyacutehodou je že signalizuje varovaacuteniacute ještě před samotnyacutem spuštěniacutem

motoru kdy může nastat stav že je přepaacutelena pojistka a obsluha toto nezaznamenala Mimo

přepaacuteleneacute pojistky se může takeacute jednat o uvolněnyacute nebo opotřebenyacute kontakt

53 Ochrana sledu faacuteziacute

Pro spraacutevnyacute chod motoru a diagnostiku pomociacute kontroleacuteru s použitiacutem napěťoveacuteho modulu je

zapotřebiacute dodržet sled faacuteziacute tzn Faacutezovyacute vodič L1rarrsvorka L1 L2 rarrsvorka L3 a L3rarrsvorka L3

Při zaacuteměně některyacutech faacutezovyacutech vodičů neprodleně vybaviacute ochrana sledu faacuteziacute a neniacute dovoleno

spuštěniacute motoru do okamžiku dokud neniacute obsluhou tento probleacutem vyřešen

54 PTC ochrana

Pro vyhodnocovaacuteniacute teploty vinutiacute statoru motoru sloužiacute termistor PTC Při zvyacutešeniacute teploty

nastaacutevaacute zvyacutešeniacute odporu termistoru (viz Obr 38) a motor odpojiacute Udaacutevanaacute odezva UMC na

změnu odporu je v rozmeziacute R = 34-38kΩ

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 49

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany

Z důvodu ochrany motoru neniacute vhodneacute vystavovat motor zvyacutešeneacute teplotě pro nastiacuteněniacute funkce

PTC ochrany Pro tento uacutečel posloužiacute zhotovenyacute box osazenyacute lineaacuterniacutem potenciometrem

s hodnotou odporu 25kΩ jemuž jsou předřazeny odpory 1kΩ a 330Ω

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 50

LABORATORNIacute UacuteLOHA 6

61 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100

Uacutekolem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute řiacutediacuteciacute a kontrolniacute jednotkou pro

provoz trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru UMC100

Motorovyacute kontroleacuter nabiacuteziacute 3 releacuteoveacute vyacutestupy Tyto vyacutestupy jsou připojitelneacute na napětiacute 230V AC s

maximaacutelniacutem proudem 1A Releacuteoveacute vyacutestupy sloužiacute zejmeacutena pro připojeniacute budiacuteciacutech ciacutevek stykačů

Hlavniacute vstupy jsou tvořeny seacuteriiacute svorek jež je umiacutestěnaacute ve spodniacute čaacutesti kontroleacuteru Svorky nesou

označeniacute (DI0 DI1 hellip DI5) Tyto digitaacutelniacute vstupy pracujiacute s napětiacutem 24V DC a sloužiacute pro

připojeniacute ovlaacutedaciacutech tlačiacutetek jako start motoru stop motoru reverzaci rozběh hvězda-trojuacutehelniacutek

nebo např použitiacute vstupu pro koncovyacute spiacutenač pro připojeniacute pomocnyacutech kontaktů stykačů či

funkci aktuaacutetor kdy je ovlaacutedaacuten pohon ventilu Vše podle nastaveniacute uživatele a pracovniacuteho

procesu Vedle hlavniacutech vstupniacutech kontaktů se nachaacuteziacute takeacute jeden vyacutestupniacute s označeniacutem (DO3)

Tento digitaacutelniacute vyacutestup lze využiacutet k připojeniacute 24V DC signalizačniacute kontrolky pro chybovaacute hlaacutešeniacute

modulu UMC100 nabiacuteziacute integrovanyacute vstup pro připojeniacute PTC termistoru Diacuteky PTC jsme

schopni hliacutedat teplotu statoroveacuteho vinutiacute a předejiacutet tiacutem zaacutevažneacutemu poškozeniacute motoru

Hlavniacute obvod

Měřeniacute proudu faacutezovyacutemi vodiči je řešeno pomociacute 3 průvlečnyacutech ok integrovanyacutech v modulu

Tato průvlečnaacute oka jsou měřiacuteciacutemi transformaacutetory proudu navinutyacutemi na toroidniacutem jaacutedře Diacuteky

těmto transformaacutetorům je kontroleacuter schopnyacute měřit proud v rozsahu 024 až 63A Pro vyššiacute

hodnoty proudů až 850A se použiacutevaacute externiacute proudovyacute transformaacutetor

Možnost rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru

UMC se v průmyslovyacutech aplikaciacutech nejčastěji použiacutevaacute s využitiacutem napěťoveacuteho a rozšiřovaciacuteho

(vstupně-vyacutestupniacuteho) modulu Pro laboratorniacute uacutelohu je použit napěťovyacute modul VI150 a

rozšiřovaciacute modul DX122 jenž jsou připojeny k UMC pomociacute UMCIO-CAB přes svorky

s označeniacutem Ca a Cb

Napěťovyacute modul VI150

K demonstraci kontroleacuteru je použit modul s označeniacutem VI150 Zařiacutezeniacute disponuje konektory pro

připojeniacute faacutezovyacutech vodičů (L1 L2 a L3) a je schopneacute měřit hodnotu sdruženeacuteho napětiacute siacutetě

S naměřenyacutemi hodnotami faacutezoveacuteho proudu pomociacute UMC dostaacutevaacuteme takeacute hodnotu faacutezoveacuteho

posuvu mezi napětiacutem a proudem tedy uacutečiniacuteku cos φ Z těchto naměřenyacutech parametrů vypočiacutetaacute

řiacutediacuteciacute jednotka kontroleacuteru činnyacute přiacutekon Ovšem pro spraacutevnou detekci napětiacute je nutneacute dodržet

zapojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 51

Vstupně-vyacutestupniacute modul DX122

Modul umožňuje rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru o dalšiacutech 8 digitaacutelniacutech vstupů na napětiacute 110-230V AC 4

releacuteoveacute vyacutestupy a 1 analogovyacute vyacutestup Pomociacute programu ABB Asset Vision Basic je možneacute

přiacutemeacute přiřazeniacute parametrů a programovaacuteniacute UMC100 a takeacute všech zařiacutezeniacute kteraacute jsou vybavena

DTM (Device Type Manager)- naacutestroj pro konfiguraci a spraacutevu zařiacutezeniacute

Komunikačniacute modul MTQ22

O komunikaci mezi UMC a PC se staraacute modul MTQ22 V software vytvořeneacutem pomociacute

vyacutevojoveacuteho prostřediacute LabVIEW lze sledovat aktuaacutelniacute měřeneacute veličiny zobrazenaacute varovaacuteniacute

poruchovyacutech stavů informace o stavu vstupů a vyacutestupů apod

Napaacutejeciacute zdroj

Napaacutejeniacute modulů zajišťuje zdroj CP-D 2413A s regulaciacute vyacutestupniacuteho napětiacute Regulace je možnaacute

v rozpětiacute 24-28V DC Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute zdroje je umožněna z důvodu požadavku

přesneacuteho napětiacute 24V DC Vlivem zatiacuteženiacute (napaacutejeniacute UMC VI a DX) vyacutestupniacute napětiacute zdroje klesaacute

podle zatěžovaciacute charakteristiky přiacuteslušneacuteho zdroje CP-D sloužiacute takeacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacutech

vstupů UMC

Ochranneacute funkce

UMC nenabiacuteziacute pouze možnost měřeniacute faacutezoveacuteho proudu ale takeacute řadu ochran při poruchovyacutech

stavech provozu Nejčastěji v praxi využiacutevanaacute ochrana je ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute kteraacute

je doprovaacutezena varovnou signalizaciacute nastaacutevajiacuteciacute poruchy

Ochrana motoru při proudoveacutem podtiacuteženiacute pracuje na obdobneacutem principu jako předchoziacute ochrana

Kontroleacuter monitoruje hladinu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu Při jeho poklesu pod nastavenou

uacuteroveň maximaacutelniacuteho dovoleneacuteho poklesu (udaacutevaneacute relativně v k jmenoviteacutemu In) dochaacuteziacute k

signalizaci chyby a odpojeniacute motoru od siacutetě

PTC ochrana spočiacutevaacute v hliacutedaacuteniacute teploty statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru pomociacute PTC

termistoru V našem přiacutepadě je použito lineaacuterniacuteho potenciometru kdy se zvyšujiacuteciacutem se odporem

potenciometru simulujeme zvyšujiacuteciacute se teplotu statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru

Při ztraacutetě některeacute napaacutejeciacute faacuteze motoru dochaacuteziacute k okamžiteacutemu blokovaacuteniacute startu motoru

Ochrana sledu faacuteziacute zajistiacute spraacutevneacute zapojeniacute vodičů L1 L2 a L3 ktereacute je slučitelneacute s nastaveniacutem v

UMC

Vlivem přerušovaneacuteho provozu např S3 kdy nedochaacuteziacute v době klidu a odpojeniacute motoru k

poklesu teploty na teplotu okoliacute může vybavit Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute - Thermal

Overload Protection (TOL)

Zablokovaniacute rotoru byacutevaacute způsobeno přiacuteliš vysokyacutem zaacutetěžnyacutem momentem Mz na hřiacutedeli motoru

nebo mechanickou poruchou Kontroleacuter je při startu schopen detekovat tento stav

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 52

62 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute uacutelohy a scheacutema zapojeniacute panelu

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 53

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 54

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha

Štiacutetek použiteacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 64 Štiacutetek motoru

63 Popis scheacutematu zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

Na vstupniacute svorky s označeniacutem VSTUP (L1 L2 L3 N PE) jsou přivedeny přiacuteslušneacute vodiče

z pracovniacuteho stolu Hlavniacute 16A jistič s vypiacutenaciacute charakteristikou typu C sloužiacute pro jištěniacute siloveacute

čaacutesti obvodu Pro jištěniacute napaacutejeciacuteho zdroje CP-D sloužiacute tavnaacute pojistka 2T250V Napěťoveacute

vstupy na modul VI150 jsou jištěny tavnou pojistkou F125250V Posuvnyacute potenciometr

umiacutestěnyacute na faacutezoveacutem vodiči L1 sloužiacute k demonstraci ochrany při faacutezoveacute nesymetrii

Komunikačniacute modul MTQ22 zajišťuje komunikaci mezi UMC a PC kdy prostřednictviacutem

Ethernetoveacute siacutetě jsme schopni čiacutest měřeneacute veličiny

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 55

64 Pracovniacute postup

1 Seznamte se s kontroleacuterem UMC100 a ostatniacutemi komponenty použityacutemi pro laboratorniacute

uacutelohu a se scheacutematem zapojeniacute uacutelohy

2 Připojte elektromotor a vstupniacute svorky na přiacuteslušneacute zdiacuteřky Před připojeniacutem vyacutekonoveacuteho

potenciometru ověřte měřeniacutem jeho minimaacutelniacute a maximaacutelniacute hodnotu odporu a

poznamenejte si je

3 Připojte potenciometr na určeneacute zdiacuteřky označeneacute čiacutesly 1 a 2 a nastavte hodnotu odporu

4 Po kontrole zapojeniacute vyučujiacuteciacutem zapněte pracoviště a nastavte autotransformaacutetor na 100

vyacutestupniacuteho napětiacute Zapněte hlavniacute jistič Kontrola a nastaveniacute komunikace mezi UMC

DX a VI

Nastaveniacute Komunikace se provede přes LCD displej naacutesledujiacuteciacutem způsobem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on

5 Stiskem tlačiacutetka VPŘED nebo VZAD na panelu uvedeme motor do chodu Pro přechod

z jednoho směru do druheacuteho je nutneacute nejprve zastavit motor tlačiacutetkem STOP Při

zastaveniacute je kontroleacuterem motor blokovaacuten po dobu 3s před dalšiacutem spuštěniacutem z důvodu

doběhu motoru Pohybem tlačiacutetek nahoru dolů pomociacute LCD v hlavniacute nabiacutedce - UMC -

můžeme sledovat aktuaacutelniacute proud motoru sdruženeacute napětiacute odebiacuteranyacute přiacutekon ze siacutetě

uacutečiniacutekhellip

6 Při provaacuteděniacute uacutelohy na brzdě (dynamometru) ověřte funkci ochrany při zablokovaacuteniacute

rotoru funkci ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a proudoveacutem přetiacuteženiacute

7 Při vybaveniacute každeacute z ochran zaznamenejte hodnotu kdy vypnula Před novyacutem startem je

důležiteacute přečiacutest zaacuteznam důvodu poruchy a proveacutest reset na panelu UMC100-PAN jinak je

START blokovaacuten

65 Měřeniacute

OCHRANA PŘED PŘEHŘAacuteTIacuteM MOTORU

Potenciometrem označenyacutem PTC je zvyšovaacutena hodnotu odporu do okamžiku kdy dojde

k odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě zapůsobeniacutem PTC ochrany Hodnota odporu potenciometru

při vybaveniacute ochrany je určena měřeniacutem na 341kΩ Odpoviacutedajiacuteciacute hodnotu teploty motoru

odečteme z grafu a hodnoty odporu potenciometru při vypnutiacute

Do tabulky zapište změřenou hodnotu odporu potenciometru při vypnutiacute Při teacuteto hodnotě odporu

odečtěte teplotu motoru z grafu Ziacuteskanou teplotu porovnejte s vypočtenou teplotou motoru

Tabulka naměřenyacutech a vypočtenyacutech hodnot

R ϑg R0 ϑ

[Ω] [degC] [Ω] [degC]

3410 136 1320 13626

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 56

Vyacutepočet vychaacuteziacute ze vztahu pro zaacutevislost elektrickeacuteho odporu vodiče na teplotě

(651)

kde

(652)

Po uacutepravě pak

α - teplotniacute součinitel elektrickeacuteho odporu (K-1

) (α = 001162 K-1

)

R0 - odpor potenciometru v zaacutekladniacute poloze

R - odpor potenciometru při vybaveniacute ochrany

ϑg - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute odečtenaacute z grafu

ϑ - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute ndash vypočtenaacute

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

R [

Ω]

ϑ [degC]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 57

Vinutiacute motoru je izolovaacuteno izolaciacute třiacutedy F (155)

Třiacuteda izolace A E B F H

Okolniacute teplota [degC] 40 40 40 40 40

Povolenyacute naacuterůst teploty [degC] 60 75 80 105 125

Teplotniacute rezerva 5 5 10 10 15

Konečnaacute teplota 105 120 130 155 180

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru [12]

OCHRANA PŘED NESPRAacuteVNYacuteM SLEDEM FAacuteZIacute

Nedodrženiacutem sledu napaacutejeciacutech faacutezovyacutech vodičů (zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů svorek L2 a L3)

jak je nastaveno v UMC provaacutediacute napěťovyacute modul blokaci startu motoru V tomto přiacutepadě

vybavuje neprodleně ochrana sledu faacuteziacute ndashPhase sequence Funkci zaznamenejte do protokolu

OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII

Zvyšovaacuteniacutem odporu vyacutekonoveacuteho potenciometru zapojeneacuteho ve faacutezi L1 (viz scheacutema zapojeniacute

uacutelohy) dochaacuteziacute k simulaci faacutezoveacute nesymetrie siacutetě Motor je odpojen v okamžiku kdy poklesne

hodnota sdruženeacuteho napětiacute mezi faacutezemi L3 a L1 přibližně na hodnotu Us = 380V Velikost

odporu při vybaveniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii činiacute 101Ω Hodnotu nesymetrie zaznamenejte

do protokolu

OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE

Ztraacuteta faacuteze se realizuje pomociacute spiacutenače v pracovniacutem stole kdy odpojiacuteme napaacutejeciacute faacutezi Změřte

čas od odpojeniacute faacuteze L2 do vybaveniacute ochrany při ztraacutetě faacuteze a poznamenejte do protokolu

66 Demonstrace ochran při použitiacute dynamometru

OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU

K testu ochrany při zablokovaacuteniacute rotoru posloužiacute dynamometr jehož hřiacutedel je spojenaacute se hřiacutedeliacute

asynchronniacuteho motoru pomociacute spojky Hřiacutedel dynamometru je poteacute mechanicky zablokovaacutena

Stiskem přiacuteslušneacuteho tlačiacutetka je proveden start motoru a sledovaacuten proud při odpojeniacute motoru od

siacutetě a čas odpojeniacute Proud při vybaveniacute ochrany při mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru dosaacutehl

hodnoty 1978A což odpoviacutedaacute 582In

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute ndash (High current protection)

Pro simulaci proudoveacuteho přetiacuteženiacute maacuteme nastavenou hodnotu odebiacuteraneacuteho proudu na 130 pro

odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě Snižovaacuteniacutem jmenovityacutech otaacuteček motoru pomociacute dynamometru

(bržděniacutem tzn n rarr 0) dochaacuteziacute k naacuterůstu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu I Odpojeniacute nastalo při

odebiacuteraneacutem proudu 447A Nastaveneacute hodnotě (13In ) naacuteležiacute proud 442A Tiacutem lze konstatovat

že vyacutesledek měřeniacute je srovnatelnyacute s hodnotami uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute

Stav proudoveacuteho podtiacuteženiacute nedostatečneacuteho proudoveacuteho zatiacuteženiacute použiacutevanyacute zejmeacutena u čerpadel

je simulovaacuten pomociacute dynamometru kdy je nastavenaacute hodnota poklesu aktuaacutelniacuteho proudu na

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 58

085In a čas odpojeniacute od siacutetě na 10s Po roztočeniacute a zatiacuteženiacute motoru na hodnotu jmenoviteacuteho

proudu jsou pomociacute dynamometru zvyšovaacuteny otaacutečky motoru n Tento proces maacute za naacutesledek

snižovaacuteniacute aktuaacutelniacuteho proteacutekaneacuteho proudu I kdy motor ztraacuteciacute zatiacuteženiacute Nastaveneacute hodnotě

podtiacuteženiacute odpoviacutedaacute aktuaacutelniacute proud 289A Při dosaženiacute teacuteto uacuterovně je spuštěn odpočet a motor za

10s odpojen

67 Vyhodnoceniacute a zaacutevěr

Vyacutesledkem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute technologiiacute pro diagnostiku

veličin při chodu trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru Při demonstračniacute simulaci ochran byly

dosaženy naacutesledujiacuteciacute vyacutesledky PTC ochrana vybavuje při hodnotě odporu 341kΩ Tato hodnota

odpoviacutedaacute teplotě ϑg = 136degC odečteneacute z grafu Vypočtenaacute teplota ϑ = 13626degC Vyacuterobce uvaacutediacute

zapůsobeniacute ochrany při hodnotě odporu v rozsahu 34-38kΩ Zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů L2 a

L3 proběhla okamžitaacute blokace spuštěniacute motoru Faacutezovaacute nesymetrie vybavila při poklesu napětiacute o

5 Ztraacutetou napaacutejeciacute faacuteze proběhlo odpojeniacute motoru v čase t = 15s Čas odpojeniacute odpoviacutedaacute třiacutedě

přetiacuteženiacute 5E kteraacute je nastavena

Při testu za použitiacute dynamometru bylo zjištěno že při zablokovaneacutem rotoru motoru zapůsobil

kontroleacuter při nastaveneacutem přetiacuteženiacute 3In Teacuteto hodnotě naacuteležiacute proud 102A Jelikož je nastavena

třiacuteda přetiacuteženiacute 5E ktereacute naacuteležiacute interval 15s a poteacute odpojeniacute motoru tak během tohoto okamžiku

vzrostla hodnota proudu na 1978A což odpoviacutedaacute 582In Při proudoveacutem přetiacuteženiacute odpoviacutedaly

vyacutesledky měřeniacute nastaveneacute hodnotě přetiacuteženiacute 13In Ve stavu proudoveacuteho podtiacuteženiacute zapůsobila

ochrana spraacutevně dle nastaveneacuteho poklesu proudu na 085In

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 9: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 9

SEZNAM OBRAacuteZKŮ Obr 11 Instalace UMC100-FBP na DIN lištu 16

Obr 21 Vnějšiacute popis UMC100-FBP a s připojenyacutem UMC100-PAN 17

Obr 22 Zaacutekladniacute blokoveacute scheacutema UMC100-FBP a tok dat mezi hlavniacutemi čaacutestmi zařiacutezeniacute 18

Obr 23 Popis UMC100-PAN 19

Obr 24 Struktura napěťoveacuteho modulu VI150 21

Obr 25 Vnějšiacute popis modulu VI150 pro UMC100-FBP 21

Obr 26 Vnějšiacute popis IO modulu DX122-FBP pro UMC100-FBP 23

Obr 27 Magnetizačniacute charakteristika feromagnetickeacuteho materiaacutelu 24

Obr 28 Měřiacuteciacute transformaacutetor proudu 24

Obr 29 Konstrukce CT4L185R4 a CT4L310R4 26

Obr 210 Konstrukce CT5L500R4 a CT5L850R4 26

Obr 211 UMC100-FBP s CT a VI150 26

Obr 212 Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů proudu 27

Obr 213 Zapojeniacute CEM11-FBP do obvodu 28

Obr 214 Zatěžovaciacute charakteristika zdroje CP-D 2413 29

Obr 215 Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A 29

Obr 216 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP 30

Obr 31 Vypiacutenaciacute třiacutedy pro UMC100-FBP 33

Obr 32 Obvodovyacute model asynchronniacuteho motoru pro jednu faacutezi statoroveacuteho vinutiacute ndash nakraacutetko 34

Obr 33 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu přetiacuteženiacute 35

Obr 34 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute 36

Obr 35 Blokoveacute scheacutema ochrany proti proudoveacutemu podtiacuteženiacute 37

Obr 36 Charakteristiky asynchronniacuteho motoru při zatiacuteženiacute 38

Obr 37 Graf zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti P2 38

Obr 38 Zaacutevislost odporu termistoru na teplotě 40

Obr 41 Nosnaacute konstrukce 41

Obr 42 Naacutevrh plechu panelu 42

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent 43

Obr 44 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho přiacutepravku 44

Obr 45 Demonstračniacute přiacutepravek 45

Obr 46 Zadniacute pohled 45

Obr 47 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho kufru 47

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 10

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany 49

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu 49

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy 52

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu 53

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha 54

Obr 64 Štiacutetek motoru 54

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru 56

Obr 01 Plech 61

Obr 02 Kryciacute panel kurfu 62

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 63

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 11

SEZNAM TABULEK Tab 21 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX111-FBP 22

Tab 22 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX122-FBP 22

Tab 23 Typy externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů s měřenyacutem rozsahem proudu 25

Tab 24 Rozměry vyraacuteběnyacutech CEM11-FBPs udaacutevanyacutemi hodnotami svodovyacutech proudů 28

Tab 31 Ochranneacute funkce 31

Tab 32 Třiacutedy přetiacuteženiacute a čas odpojeniacute 31

Tab 33 Princip funkce logickeacuteho hradla AND 37

Tab 41 Seznam použityacutech komponent 41

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty 55

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru 57

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute 63

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 12

SEZNAM SYMBOLŮ A ZKRATEK

Zkratka Symbol Vyacuteznam Jednotka

AC Střiacutedavyacute proud (napětiacute) [A (V)]

B Magnetickaacute indukce [T]

cos φ Uacutečiniacutek [-]

DC Stejnosměrnyacute proud (napětiacute) [A (V)]

DTM Device Type Manager

FBP FieldBusPlug

H Intenzita magnetickeacuteho pole [Am]

I Aktuaacutelniacute hodnota proudu [A]

I1z Zaacuteběrnyacute proud [A]

If Procentuaacutelniacute poměr proudu []

Imax Maximaacutelniacute hodnota proudu [A]

Imin Minimaacutelniacute hodnota proudu [A]

In Jmenovityacute proud [A]

Iodp Hodnota proudu při odpojeniacute []

Ivar Varovnaacute hodnota proudu []

Ix Konec startu motoru []

Mz Zatěžovaciacute moment [Nm]

n Otaacutečky motoru [otmin]

nn Jmenoviteacute otaacutečky [otmin]

P Činnyacute vyacutekon [W]

P1 Činnyacute přiacutekon [W]

P2 Mechanickyacute vyacutekon na hřiacutedeli [W]

Pn Jmenovityacute vyacutekon [W]

Q1 Jalovyacute přiacutekon [var]

R Elektrickyacute odpor [Ω]

Rlsquo2s Celkovyacute činnyacute odpor rotoru [Ω]

R1 Odpor statoroveacuteho vinutiacute [Ω]

RFe Činnyacute odpor magnetickeacuteho obvodu [Ω]

s Skluz [-]

to Doba rozběhu [s]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 13

todp Zpožděniacute odpojeniacute [s]

TOL Thermal Overload Protection

TTC Time To Cool [s]

TTT Time To Trip [s]

tvar Zpožděniacute varovaacuteniacute [s]

U1 Vstupniacute napětiacute [V]

UMC Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter

Un Jmenoviteacute napětiacute [V]

Xrsquor20 Reaktance zabržděneacuteho rotoru [Ω]

Xm Reaktance magnetickeacuteho obvodu [Ω]

Xr1 Reaktance statoroveacuteho vinutiacute [Ω]

Φ Magnetickyacute tok [Wb]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 14

UacuteVOD

Bakalaacuteřskaacute praacutece je založena na naacutevrhu a vyacuterobě demonstračniacuteho přiacutepravku pro motorovyacute

kontroleacuter UMC100-FBP Tento přiacutepravek posloužiacute pro laboratorniacute uacutelohu v předmětu Elektrickeacute

přiacutestroje a takeacute jako prezentačniacute aparaacutet UMC100-FBP a rozšiřovaciacutech modulů pro společnost

ABB sro Finaacutelniacute zařiacutezeniacute je realizovaacuteno pro chod ochranu a diagnostiku trojfaacutezoveacuteho

asynchronniacuteho motoru Praacutece je rozdělena do několika hlavniacutech čaacutestiacute Nejprve je přibliacuteženo

UMC100-FBP Tato čaacutest všeobecně sloužiacute pro seznaacutemeniacute se s motorovyacutem kontroleacuterem jeho

zevnějškem a možnostmi Praacutece je daacutele rozšiacuteřena o přiacutedavneacute rozšiřovaciacute moduly ktereacute lze v praxi

použiacutet společně s UMC100-FBP Uvedeny jsou i informace o připojitelneacutem ovlaacutedaciacutem LCD

panelu UMC100-PAN Kapitola č3 přibliacutežiacute ochranneacute funkce nabiacutezeneacute kontroleacuterem V dalšiacute čaacutesti

je obsažen naacutevrh aparatury pro demonstraci UMC100 a jeho funkciacute podrobneacute scheacutema zapojeniacute

tohoto přiacutepravku a samotnou laboratorniacute uacutelohu na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter

UMC100

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 15

MOTOROVYacute KONTROLEacuteR 1

Efektivniacute využiacutevaacuteniacute energie v průmyslu je důležiteacute Z praxe bylo zjištěno že viacutece jak 40

elektrickeacute energie vyrobeneacute na zemi je spotřebovaacutevaacuteno praacutevě v průmyslovyacutech odvětviacutech a z toho

až 65 je spotřebovaacutevaacuteno elektrickyacutemi motory Jak již samotnyacute naacutezev napoviacutedaacute jednaacute se o

zařiacutezeniacute určeneacute předevšiacutem pro hliacutedaacuteniacute chodu asynchronniacuteho motoru Hlavniacute funkciacute motoroveacuteho

kontroleacuteru je diagnostika veličin se kteryacutemi motor pracuje Vyacutesledkem operace byacutevaacute sled

informaciacute ktereacute jsou předaacutevaacuteny obsluze nebo dispečinku Data o zkoumaneacutem motoru je možneacute

ziacuteskat buď formou integrovaneacuteho popř připojitelneacuteho zobrazovaciacuteho prvku nebo

prostřednictviacutem konektoru kteryacute komunikuje pomociacute datoveacute sběrnice s počiacutetačem V obou

přiacutepadech jsou obsluze poskytovaacutena rozsaacutehlaacute provozniacute servisniacute a diagnostickaacute data motoru

Takto ziacuteskaneacute informace umožňujiacute obsluze odhalovat chyby omezit je nebo jim dokonce

v budoucnu zabraacutenit a tiacutem i předejiacutet možneacutemu poškozeniacute motoru resp neplaacutenovaneacutemu vyacutepadku

vyacuteroby[13]

11 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP

Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP (daacutele jen UMC100) společnosti ABB sro je

zařiacutezeniacute použiacutevaneacute pro řiacutezeniacute ochranu a sledovaacuteniacute chodu trojfaacutezovyacutech asynchronniacutech motorů

UMC100-FBP je naacutestupcem staršiacuteho modelu řiacutediacuteciacute jednotky UMC22-FBP kteraacute se ve světě

využiacutevaacute v mnoha projektech Nejčastějšiacute průmyslovaacute odvětviacute použiacutevajiacuteciacute UMC22 i UMC100 jsou

např

rafinerie

technickeacute vybaveniacute elektraacuteren

těžba nerostnyacutech surovin

chemickyacute průmysl

papiacuterny

ocelaacuterny

potravinaacuteřstviacute a vyacuteroba naacutepojů

Jako naacutestupce staršiacuteho typu kontroleacuteru se použiacutevaacute již zmiacuteněnaacute UMC100 kteraacute od ochrany a

řiacutezeniacute motoru nabiacuteziacute i detekci vyacutepadku napaacutejeciacute faacuteze motoru nastavitelnou ochranu během

rozběhu nebo normaacutelniacutem provozu a mnoho dalšiacutech funkciacute ktereacute budou daacutele zmiacuteněny Použitiacute

UMC100 je diacuteky sveacute velikosti programovatelnosti a integrovaneacutemu měřiacuteciacutemu systeacutemu vhodneacute

pro modernizaci zastaralyacutech rozvaacuteděčů v již zaběhlyacutech provozech

Oficiaacutelniacute naacutezev kontroleacuteru obsahuje přiacuteponu FBP UMC100 je vybaven komunikačniacutem

rozhraniacutem pro připojeniacute do různyacutech průmyslovyacutech sběrnic siacutetiacute jako je PROFIBUS DP

DeviceNet MODBUS a CANopen To vše pomociacute skupiny produktů FieldBusPlug UMC100 je

takeacute ovšem možneacute použiacutet jako samostatneacute zařiacutezeniacute bez připojeniacute řiacutediacuteciacute sběrnice Změřeneacute

veličiny při chodu motoru (napětiacute proudhellip) jsou zpracovaacutevaacuteny v řiacutediciacutem systeacutemu samotneacuteho

kontroleacuteru kde jsou okamžitě vyhodnocovaacuteny Tato schopnost pomaacutehaacute k rychleacute detekci poruchy

a k zajištěniacute dopadů na ostatniacute zařiacutezeniacute v diagnostikovaneacute soustavě Daacutele napomaacutehaacute k řešeniacute

vhodnyacutech opatřeniacute pro přiacutepad dalšiacutech negativniacutech jevů a přiacutepadnyacutech vaacutežnyacutech poruch

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 16

12 Instalace

Samotnyacute koncept uzpůsobenyacute pro tyto aplikace naacutem zapřiacutečiňuje zkraacuteceniacute uacutesiliacute a naacutemahy při

zdlouhaveacutem vodičoveacutem propojeniacute v rozvaacuteděči jelikož veškereacute požadovaneacute ochranneacute

monitorovaciacute a řiacutediacuteciacute funkce jsou integrovaacuteny do jedineacuteho modulaacuterniacuteho zařiacutezeniacute UMC100 je

možneacute diacuteky kompaktniacutemu provedeniacute veškeryacutech jeho komponent jednoduše umiacutestit do stiacutesněnyacutech

prostor vyacutesuvnyacutech rozvaacuteděčů nebo do již použiacutevanyacutech staršiacutech zařiacutezeniacute Jednaacute se o zařiacutezeniacute a

provozy kteraacute prochaacuteziacute modernizaciacute a vyžadujiacute použitiacute noveacute technologie provozu a obohaceniacute o

noveacute způsoby řiacutezeniacute a ochran motorů od zastaralyacutech a vysloužilyacutech elektromagnetickyacutech releacute

Moderniacute motoroveacute kontroleacutery se ovšem nepoužiacutevajiacute pouze pro renovace a modernizace staršiacutech

provozů ale je samozřejmostiacute že noveacute společnosti s vysokyacutem počtem až tisiacutecem motorů saacutehnou

po technologicky vyspěleacutem ochranneacutem a monitorovaciacutem zařiacutezeniacute pro trojfaacutezoveacute asynchronniacute

motory

Montaacutež zařiacutezeniacute do rozvaacuteděče je velice jednoduchaacute Postačiacute pouze všeobecně použiacutevanaacute DIN

lišta (EN50022-35) na kterou se kontroleacuter zasadiacute nebo je možneacute upevněniacute 4 šrouby M4

Demonstrativniacute zasazeniacute na DIN lištu je předvedeno na Obr 11

Obr 11 Instalace UMC100-FBP na DIN lištu[1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 17

TECHNICKEacute VYBAVENIacute UMC100-FBP 2

21 Kompaktniacute zaacutekladniacute jednotka

Zaacutekladniacute jednotka kontroleacuteru obsahuje nejdůležitějšiacute čaacutesti jako je integrovanyacute měřiciacute systeacutem

a 2 seacuterie svorek Tyto svorky tvořiacute vstupy a vyacutestupy kontroleacuteru Jsou tvořeny 6 digitaacutelniacutemi vstupy

24V DC (spodniacute svorky) 1 integrovanyacute vstupem pro připojeniacute PTC termistoru a 4 vyacutestupy (horniacute

svorky) Tyto vyacutestupy tvořiacute 3 vyacutestupniacute releacute a 1 digitaacutelniacute tranzistorovyacute vyacutestup UMC100 takeacute

disponuje třemi LED pro signalizaci stavu technickeacuteho vybaveniacute Umožňuje tedy provoz bez

použitiacute sběrnicoveacuteho systeacutemu a daacutelkoveacute přiřazeniacute parametrů přes řiacutediciacute systeacutem Na Obr 21 je

patrneacute použitiacute konektoru M12

[2]

Obr 21 Vnějšiacute popis UMC100-FBP a s připojenyacutem UMC100-PAN

1 upevňovaciacute očka pro montaacutež 4 šrouby M4 Očka je možneacute odlomit pokud bude zařiacutezeniacute

připevněno na DIN lištu

2 konektory pro připojeniacute odporoveacuteho PTC sniacutemače

3 připojovaciacute svorky pro komunikaci s IO moduly

4 zaacutestrčka M12 pro připojeniacute konektoru FieldBusPlug

5 3 stavoveacute LED kontrolky

zelenaacute ndash motor připraven

žlutaacute ndash motor je v provozu

červenaacute ndash přetiacuteženiacute nebo porucha motoru (hlaacutešeniacute chyby)

6 připojovaciacute svorky pro releacuteoveacute vyacutestupy

(šrouby nepoužiacutevanyacutech svorek musiacute byacutet dotaženy pro zajištěniacute ochrany proti naacutehodneacutemu

vyšroubovaacuteniacute a naacutesledneacutemu kontaktu)

7 konektor pro připojeniacute ovlaacutedaciacuteho LCD panelu Control Panel UMC100-PAN

8 prvniacute dvě svorky sloužiacute pro napaacutejeciacute napětiacute 24V DC 24VDC vyacutestup a DI0 až DI0 jsou

připojovaciacute svorky pro digitaacutelniacute vyacutestupy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 18

9 znaacutezorněnaacute draacuteha proudu pro napaacutejeniacute motoru vodiči o průměru až 11mm což odpoviacutedaacute

průřezu vodiče až 25mm2

211 Stavebniacute bloky

Naacutesledujiacuteciacute scheacutema demonstruje hlavniacute funkčniacute bloky UMC100 a tok dat mezi nimi Obr 22

Hlavniacute blok (Protection) obsahuje prvky souvisejiacuteciacute s ochrannyacutemi prvky Motorovaacute ochrana maacute

vždy vyššiacute prioritu než spiacutenaacuteniacute releacuteovyacutech vyacutestupů Ochrana působiacute přiacutemo na vyacutestup releacute a může

motor zastavit Pokud selže některaacute čaacutest HW zařiacutezeniacute kontrola Hardware Supervision otevře

releacuteoveacute vyacutestupy z bezpečnostniacutech důvodů automaticky Hardware Supervision neniacute možneacute

vyřadit

Měřeniacute proudu poskytuje informace o aktuaacutelniacutem proteacutekajiacuteciacutem proudu motorem kdy zařiacutezeniacute

měřiacute proud v jednotlivyacutech faacuteziacutech a vypočte středniacute hodnotu Naacutestupce původniacuteho kontroleacuteru

UMC22 použiacutevaacute aktuaacutelniacute informace o proudu a takeacute počiacutetaacute odpoviacutedajiacuteciacute teplotu motoru pomociacute

tepelneacuteho modelu Na určiteacute definovaneacute uacuterovni skutečneacute nebo vypočiacutetaneacute teploty dojde k vypnutiacute

motoru z důvodu přetiacuteženiacute

PTC input - tento vstup sloužiacute pro připojeniacute PTC termistoru pro měřeniacute skutečneacute teploty

vinutiacute motoru

Blok (Motor control) obsahuje množstviacute řiacutediacuteciacutech funkciacute Veškereacute přiacutechoziacute přiacutekazy z hlavniacuteho

panelu z digitaacutelniacutech vstupů nebo z FBP rozhraniacute jsou seřazeny a podle nastaveniacute uživatele jsou

poteacute zpracovaacutevaacuteny Blok Starter function řiacutediacute releacuteoveacute vyacutestupy Všechny bloky pracujiacute v logickeacutem

sledu Obvykle majiacute předem definovaneacute aplikace ktereacute budou provaacutedět UMC100 ovšem nabiacuteziacute i

vytvaacuteřeniacute vlastniacutech aplikaciacute [1]

Obr 22 Zaacutekladniacute blokoveacute scheacutema UMC100-FBP a tok dat mezi hlavniacutemi čaacutestmi zařiacutezeniacute [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 19

22 Ovlaacutedaciacute panel UMC100-PAN

UMC100-PAN je LCD panel kteryacutem lze rozšiacuteřit UMC100 o zobrazovaciacute prvek Tento prvek

připojiacuteme na UMC (Obr 21 7 -Konektor pro připojeniacute ovlaacutedaciacuteho LCD panelu Control Panel

UMC100-PAN) Zmiacuteněnyacute typ LCD je možneacute připojit pouze na UMC100 jelikož neniacute

kompatibilniacute se staršiacutem typem UMC22 LCD je předevšiacutem určen pro montaacutež na čelniacutem panelu

nebo na rozvaděči Ovlaacutedaciacute panel sloužiacute k lokaacutelniacutemu zobrazeniacute všech dat Poruchy (errors) a

vyacutestrahy jsou zobrazovaacuteny v nezakoacutedovaneacute podobě Externiacute zaacutevada může byacutet doplněna

individuaacutelniacutem textem např Phase loss Veškereacute parametry je možneacute nastavovat měnit a dle

potřeby chraacutenit přiacutestupovyacutem heslem

Panel sloužiacute pro zobrazeniacute veškeryacutech uacutedajů o obvodu jako např

proud prochaacutezejiacuteciacute motorem (možneacute absolutniacute zobrazeniacute v A nebo relativniacute v )

napětiacute na jednotlivyacutech faacuteziacutech L1-L3 (při použitiacute VI150(5))

aktuaacutelniacute uacutedaje o sepnutyacutech vstupech a vyacutestupech

způsob zapojeniacute motoru-přiacutemyacute chod reverzniacute chodhellip

Při vyacuteskytu přetiacuteženiacute dojde k vybaveniacute ochrany Na LCD je možneacute sledovat časovyacute odpočet

kteryacute zbyacutevaacute do dalšiacuteho možneacuteho uvedeniacute motoru do chodu po vychladnutiacute Po uplynutiacute tohoto

časoveacuteho uacuteseku může byacutet motor opět spuštěn [1]

Obr 23 Popis UMC100-PAN

1 3 stavoveacute LED

zelenaacute ndash zařiacutezeniacute připraveno

žlutaacute ndash zařiacutezeniacute v chodu

červenaacute ndash hlaacutešeniacute poruchy

2 podsviacutecenyacute LCD display

3 vstup do menu ovlaacutedaacuteniacute (Enter Control Menu)

4 vstup do menu nastaveniacute (Enter Configuration Menu)

5 posun nahoru

6 stop motoru

7 posun dolů

8 start motoru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 20

23 Napěťovyacute a rozšiřovaciacute modul

Napěťovyacute VI15x a rozšiřovaciacute (vstupně vyacutestupniacute) modul DX1xx sloužiacute pro možneacute rozšiacuteřeniacute

UMC o dalšiacute vstupy a vyacutestupy v přiacutepadě modulu DX a o měřeniacute napětiacute pomociacute modulu VI

231 Nastaveniacute komunikace

Při použitiacute rozšiřovaciacutech modulů je nejprve nutno pomociacute UMC100-PAN nastavit jejich

připojeniacute Nastaveniacute a uvedeniacute do chodu je provedeno naacutesledujiacuteciacutem způsobem

V hlavniacutem menu (ovlaacutedaacuteniacute pomociacute LCD) vybereme položku IO modules a volbu potvrdiacuteme

přiacuteslušnyacutem tlačiacutetkem Tlačiacutetky Nahoru nebo Dolů vybereme požadovanyacute modul kteryacute chceme

propojit s kontroleacuterem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on [1]

Nastaveniacutem na bdquoonldquo uvedeme moduly do provozu Funkce napěťoveacuteho modulu (VI15x) je

ověřitelnaacute jednoduchyacutem způsobem Pokud nejsou připojeny napaacutejeciacute faacuteze na svorky L1L2 a L3

modulu zařiacutezeniacute hlaacutesiacute chybu z důvodu ochrany při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze [4] [5]

232 VI15x- FBP

VI15x je přiacutedavnyacute napěťovyacute modul sloužiacuteciacute pro měřeniacute sdruženeacuteho popř faacutezoveacuteho napětiacute

motoru Z hodnot proudu měřenyacutech UMC a napětiacute pomociacute VI15x je možno vyhodnotit faacutezovyacute

posuv mezi napětiacutem a proudem Naměřeneacute hodnoty putujiacute skrze komunikačniacute kanaacutel směrem k

UMC100 K propojeniacute s UMC100 sloužiacute piny s označeniacutem Ca a Cb Daacutele modul obsahuje svorky

pro připojeniacute jednotlivyacutech faacutezovyacutech vodičů L1L2 a L3 Pro spraacutevnyacute sled faacuteziacute a jeho detekci musiacute

byacutet dodrženo spraacutevneacute zapojeniacute vzhledem k proudům měřenyacutem v UMC VI150 sloužiacute pro

připojeniacute pouze do uzemněneacute soustavy ( TN-C nebo TN-S) Modul VI155 lze naopak použiacutet jak

pro uzemněneacute soustavy (TN) tak i pro neuzemněneacute (IT) Oba typy sloužiacute k upevněniacute na DIN

lištu [1] [3]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 21

2321 Vnitřniacute struktura VI150-FBP

Obraacutezek přibližuje vnitřniacute strukturu použiteacuteho napěťoveacuteho modulu VI150

Obr 24 Struktura napěťoveacuteho modulu VI150 [3]

Obr 25 Vnějšiacute popis modulu VI150 pro UMC100-FBP

1 konektory pro komunikaci s UMC100 a pro komunikaci s rozšiřovaciacutemi moduly DX111-

FBP a DX122-FBP

2 napěťoveacute vstupy

3 releacuteovyacute vyacutestup

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 22

4 svorky pro připojeniacute napaacutejeciacuteho napětiacute 24VDC

5 3 stavoveacute LED

zelenaacute - zařiacutezeniacute připraveno

žlutaacute - varovaacuteniacute

červenaacute - porucha zařiacutezeniacute

6 popisovyacute štiacutetek

233 DX111-FBP

Modulaacuterniacute zařiacutezeniacute umožňujiacuteciacute rozšiacuteřeniacute UMC100 o dalšiacute pomocneacute vstupy a vyacutestupy

použitelneacute pro různaacute hlaacutešeniacute a vyacutestrahy Digitaacutelniacute vstupy jsou potenciaacuteloveacute s napětiacutem 24V DC

Proto je nutneacute pro ovlaacutedaciacute obvody dodržet napětiacute 24V DC nebo bezpotenciaacuteloveacute kontakty (tj

releacute) připojeneacute ze svorky +24V

Rozšiřovaciacute modul DX111-FBP nabiacuteziacute množstviacute vstupů a vyacutestupů uvedenyacutech v (Tab 21)

Vstupy 8 digitaacutelniacutech vstupů 24V DC

Vyacutestupy 4 releacuteoveacute vyacutestupy

1 analogovyacute vyacutestup

Vstupniacute napětiacute 24V DC

Vstupniacute proud 60 mA

Logickaacute 0 -312hellip+5V DC

helliphelliphelliphellipcv1 +15hellip+312V DC

Tab 21 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX111-FBP [1]

234 DX122-FBP

Multifunkčniacute modul DX122-FBP maacute srovnatelneacute vlastnosti jako předešlaacute DX111 ovšem

rozdiacutel je v tom že DX122 nabiacuteziacute osm digitaacutelniacutech vstupů pro napětiacute 110V až 230V AC

Vstupy 8 digitaacutelniacutech vstupů 110-230V AC

Vyacutestupy 4 releacuteoveacute vyacutestupy

1 analogovyacute vyacutestup

Vstupniacute napětiacute 110V AChellip 240V AC

Vstupniacute proud 60 mA

Logickaacute 0 0hellip 40V AC

helliphelliphelliphelliphellip 1 74hellip 265V AC

Tab 22 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX122-FBP [1]

Pomocnyacute rozšiřovaciacute modul se k UMC100 připojiacute na svorky Ca a Cb patrneacute na (Obr 21)

Připojeniacute lze proveacutest prostou kroucenou dvoulinkou Vzhledem k omezenyacutem prostoraacutem

rozvaacuteděčů kam je UMC100 instalovaacuteno je možneacute připojit rozšiřovaciacute modul odděleně od

kontroleacuteru a to až do vzdaacutelenosti maximaacutelniacute deacutelky 3m [1] [5]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 23

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezek (Obr 26) opět popisuje svorky a monitorovaciacute prvky DX122

Obr 26 Vnějšiacute popis IO modulu DX122-FBP pro UMC100-FBP

1 releacuteoveacute vyacutestupy (čaacutest 1)

2 releacuteoveacute vyacutestupy (čaacutest 2)

3 analogovyacute vyacutestup

4 komunikačniacute port s UMC

5 popisovyacute štiacutetek

6 digitaacutelniacute vstupy (110V AC- 230V AC)

7 3 stavoveacute LED

zelenaacute ndash zařiacutezeniacute v provozu

žlutaacute ndash vyacutestraha

červenaacute ndash porucha modulu

8 svorky pro napaacutejeniacute 24 V DC

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 24

24 Proudovyacute měřiacuteciacute transformaacutetor

Proudoveacute měřiacuteciacute transformaacutetory sloužiacute pro měřeniacute většiacutech hodnot střiacutedavyacutech proudů než je

dovoleno měřiacuteciacutem přiacutestrojem a takeacute ke galvanickeacutemu odděleniacute vedeniacute od měřiacuteciacuteho přiacutestroje

Funkce je založena na principu elektromagnetickeacute indukce Primaacuterniacute vinutiacute je tvořeno silovyacutem

vodičem měřeneacuteho vedeniacute Průchodem proudu primaacuterniacutem vedeniacutem se v magnetickeacutem obvodu

(jaacutedru) vytvaacuteřiacute magnetickyacute tok Φ a na zaacutekladě Faradayova zaacutekona elektromagnetickeacute indukce se

v sekundaacuterniacutem vinutiacute indukuje napětiacute Na sekundaacuterniacute vinutiacute je připojena měřiacuteciacute soustava

Obr 27 Magnetizačniacute charakteristika feromagnetickeacuteho materiaacutelu

Z průběhu magnetizačniacute charakteristiky feromagnetickeacuteho materiaacutelu (zaacutevislosti magnetickeacute

indukce na intenzitě magnetickeacuteho pole ) je patrnyacute stav kdy dojde k nasyceniacute magnetickeacuteho

obvodu transformaacutetoru Při nasyceniacute dochaacuteziacute ke změně vlastnostiacute feromagnetickeacuteho materiaacutelu

a křivka se od lineaacuterniacuteho průběhu odklaacuteniacute (tzv koleno magnetizačniacute křivky)

Obr 28 Měřiacuteciacute transformaacutetor proudu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 25

241 Externiacute proudovyacute transformaacutetor CTs

Externiacute přiacutestrojovyacute transformaacutetor proudu (daacutele jen PTP) se použiacutevaacute v přiacutepadě je-li jmenovityacute

proud motoru vyššiacute než 63A tzn sloužiacute k přizpůsobeniacute proudoveacuteho rozsahu na hodnotu kterou

je schopno UMC změřit UMC100 je schopneacute pracovat pomociacute sveacuteho vnitřniacuteho transformaacutetoru

proudu s proudem 024A až 63A Použitiacutem externiacuteho proudoveacuteho transformaacutetoru je možneacute měřit

až do hodnoty 850A PTP k UMC100 majiacute převod 1854 3104 5004 a 8504 Sekundaacuterniacutemu

vinutiacute odpoviacutedajiacute 4A což uvaacutediacute popis jednotlivyacutech typů proudovyacutech transformaacutetorů uvedenyacutech v

Tab 23 (čiacuteslo uvedeneacute za lomiacutetkem) např CTxLxxxR4 PTP maacute definovanou třiacutedu přesnosti

3 v celeacutem rozsahu měřeneacuteho proudu K nasyceniacute magnetickeacuteho obvodu transformaacutetoru dochaacuteziacute

přibližně při osminaacutesobku jmenoviteacuteho proudu In Transformaacutetor je navržen s třiacutedou přesnosti

5P10 to znamenaacute že je deklarovaacutena průměrnaacute chyba menšiacute než 5 při 10 naacutesobku jmenoviteacute

hodnoty proudu

Typ Rozsah měřeneacuteho proudu

[A] Max proud CT

[A]

CT4L185R4 60 až 185 1480

CT4L310R4 180 až 310 2480

CT5L500R4 300 až 500 4000

CT5L850R4 500 až 850 6800

Tab 23 Typy externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů s měřenyacutem rozsahem proudu [1]

Přiacuteklad zvoleniacute přiacuteslušneacuteho proudoveacuteho transformaacutetoru

Maacuteme-li asynchronniacute motor se jmenovityacutem proudem napřiacuteklad In =190 A a rozběhovyacutem proudem

pak

(241)

Podle jmenoviteacuteho proudu motoru In ležiacuteciacuteho v rozsahu měřeneacuteho proudu přiacuteslušneacuteho CT

určiacuteme typ CT Nachaacuteziacute-li se jmenovityacute proud na mezi některeacuteho z měřenyacutech rozsahů CT voliacute se

takovyacute transformaacutetor kteryacute maacute většiacute hodnotu maximaacutelniacuteho proudu než vyacuteslednyacute proud

vypočtenyacute Pro přiacutepad kdy In = 190 A je zvolenyacute typ CT4L310R4 Maximaacutelniacute proud Imax splňuje

požadavek kdy Imax lt max proud CT [1]

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezky představujiacute konstrukce externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 26

Obr 29 Konstrukce CT4L185R4 a CT4L310R4 [3]

Obr 210 Konstrukce CT5L500R4 a CT5L850R4 [3]

Zapojeniacute svorkovnice proudoveacuteho transformaacutetoru CTxLxxxR4 a propojeniacute s integrovanyacutem

proudovyacutem transformaacutetorem UMC100 Na Obr 211 je takeacute ukaacutezka zapojeniacute měřiacuteciacuteho modulu

VI150 na přiacutevodniacutech faacuteziacutech motoru a dodrženyacutem spraacutevnyacutem sledem faacutezovyacutech vodičů

Obr 211 UMC100-FBP s CT a VI150 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 27

Obecně platiacute že vyacutevody sekundaacuterniacuteho vinutiacute měřiacuteciacuteho transformaacutetoru proudu jsou buď

zapojeny na zaacutetěž nebo jsou propojeny do zkratu a jeden z vyacutevodů je uzemněn Princip je patrnyacute

z Obr 212 V praxi dochaacuteziacute k několika chybaacutem způsobenyacutech neznalostiacute problematiky Jednou

může byacutet neuzemněniacute jedneacute ze svorek sekundaacuterniacuteho vinutiacute Pak vznikaacute kapacitniacute vazba a

sekundaacuterniacute vinutiacute v nepřiacutezniveacutem přiacutepadě může vysokyacutem napětiacutem termionicky působit - jiskřit na

kostru Při delšiacutem trvaacuteniacute jiskřiveacuteho vyacuteboje v jednom miacutestě se mohou vytvořit vodiveacute cesty a dojiacutet

k průrazu izolace vodiče k nežaacutedouciacutemu potenciaacutelu [8]

Obr 212 Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů proudu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 28

25 Monitorovaciacute zařiacutezeniacute zemniacuteho spojeniacute CEM11-FBP

Monitorovaciacute zařiacutezeniacute CEM11 sloužiacute pro sledovaacuteniacute svodovyacutech proudů respektive zemniacutech

poruch způsobenyacutech nejčastěji poškozenou izolaciacute Detekovaacuteniacute takoveacuteto zemniacute poruchy vede

k odpojeniacute motoru aby nedošlo k jeho většiacutemu poškozeniacute nebo vede k upozorněniacute obsluhy

Možneacute použitiacute je jak v siacutetiacutech uzemněnyacutech tak i neuzemněnyacutech

Průvlečneacute oko je tvořeno toroidniacutem transformaacutetorem kteryacutem jsou vedeny všechny 3 faacutezoveacute

vodiče motoru Zařiacutezeniacute hliacutedaacute to aby součet faacutezorů proudů byl nulovyacute Jakmile dojde k zemniacutemu

spojeniacute tzn součet faacutezorů proudů je nenulovyacute integrovanaacute elektronika CEM11 sepne nebo

rozepne vyacutestup Vyacutestup z CEM11 pracuje jako kontakt kteryacute detekovanou hodnotou proudu

sepne nebo rozepne 24V DC jenž poteacute může byacutet připojeno jako např digitaacutelniacute vstup do UMC

Nastaveniacute zpožděniacute sepnutiacute varovaacuteniacute nebo odpojeniacute lze zvolit v UMC a to v rozsahu od 01s ndash

255s Nastaveniacute citlivosti spiacutenaacuteniacute je možneacute v několika krociacutech Poloha přepiacutenače (0-7) s toleranciacute

na pozici 0 cca plusmn30 a daacutele vždy s toleranciacute cca plusmn10

CEM11 je možneacute uložit spolu s ostatniacutemi komponenty na DIN lištu normovaneacuteho rozměru

35mm nebo pomociacute přiacutedavneacuteho klipu pro nejmenšiacute rozměr CEM11-FBP20 [1]

Průměr průvlečneacuteho

oka [mm]

Proudovyacute rozsah

[mA]

20 80 - 1700

35 100 - 3400

60 120 - 6800

120 240 - 13600

Tab 24 Rozměry vyraacuteběnyacutech CEM11-FBPs udaacutevanyacutemi hodnotami svodovyacutech proudů

Obr 213 Zapojeniacute CEM11-FBP do obvodu [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 29

26 Napaacutejeciacute zdroj

Pro napaacutejeniacute modulů UMC100 DX122 a VI150 sloužiacute zdroj typu CP-D 2413 Jednaacute se o

napaacutejeciacute zdroj kteryacute na sveacutem vyacutestupu dovoluje regulaci napětiacute 24-28V DC s toleranciacute plusmn 1

Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute je umožněna z důvodu připojeniacute modulů na dlouheacute vedeniacute kde

vznikajiacute uacutebytky napětiacute praacutevě vlivem deacutelky vedeniacute Zpravidla klesne-li na vedeniacute napětiacute od

jednoho zdroje na ktereacutem je nastaveno maximaacutelniacute vyacutestupniacute napětiacute pod minimaacutelniacute hodnotu

potřebnou pro napaacutejeniacute modulu je nutneacute použiacutet dalšiacute napaacutejeciacute zdroj Maximaacutelniacute proud zdroje je

Imax = 13A a jmenovityacute vyacutestupniacute vyacutekon 30W Tento typ zdroje je diacuteky svyacutem modulaacuterniacutem

rozměrům možneacute umiacutestit na DIN lištu (EN50022-35) [6]

Naacutesledujiacuteciacute zatěžovaciacute charakteristika znaacutezorňuje zaacutevislost svorkoveacuteho napětiacute zdroje na

odebiacuteraneacutem proudu pro teplotu T=25degC

Obr 214 Zatěžovaciacute charakteristika zdroje CP-D 2413[6]

Obr 215 Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 30

27 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

Tento modul poskytuje komunikaci pro FieldBusPlug zařiacutezeniacute jako je např UMC100

s počiacutetačem prostřednictviacutem siacutetě Ethernet K MTQ22 lze připojit až 4 zařiacutezeniacute pro uacutesporu

naacutekladů Naacutesledujiacuteciacute popis je vztažen k Obr 216 kde jsou znaacutezorněny jednotliveacute čaacutesti modulu

1 konektory s označeniacutem X1 až X4 sloužiacute pro připojeniacute až 4 zařiacutezeniacute FBP

2 LED diody pro signalizaci aktuaacutelniacuteho stavu komunikace

3 micro USB konektor s označeniacutem X5 pro připojeniacute a konfiguraci pomociacute PC

4 dvě RJ45 zaacutesuvky s označeniacutem E1 a E2 pro připojeniacute pomociacute Ethernetoveacuteho kabelu

5 konektor pro připojeniacute 24V DC napaacutejeciacuteho napětiacute nese označeniacute X6

Obr 216 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 31

OCHRANNEacute FUNKCE 3Kontroleacuter nabiacuteziacute velkeacute množstviacute ochrannyacutech funkciacute potřebnyacutech pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacuteho chodu

motoru Některeacute funkce jsou aktivniacute pouze po čaacutest běhu motoru typicky při startu motoru jineacute

po jeho rozběhu Naacutesledujiacuteciacute tabulka (Tab 31) nastiacuteniacute přehled nejdůležitějšiacutech ochran motoru a

čas kdy jsou aktivovaacuteny

Ochrannaacute funkce Aktivniacute

Při tepelneacutem přetiacuteženiacute Vždy

Při zablokovaneacutem rotoru Při startu motoru

Při proudoveacutem přetiacuteženiacute Po startu

Při proudoveacutem podtiacuteženiacute Po startu

Sled faacuteziacute Vždy

Při faacutezoveacute nesymetrii Vždy

Při ztraacutetě faacuteze Vždy

PTC ochrana Vždy

Při zemniacutem spojeniacute Vždy po spuštěniacute

Při napěťovyacutech špičkaacutech Vždy

Při harmonickeacutem zkresleniacute Vždy

Tab 31 Ochranneacute funkce [1]

Nastaveniacute parametrů jednotlivyacutech ochran probiacutehaacute pomociacute UMC100-PAN

31 Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute

UMC100 disponuje nastavitelnyacutem vypiacutenaacuteniacutem při tepelneacutem přetiacuteženiacute podle třiacuted 5E 10E 20E

30E a 40E viz Obr 31 Tyto třiacutedy uvaacutedějiacute poměr mezi aktuaacutelniacutem prochaacutezejiacuteciacutem proudem

motorem I a jmenovityacutem proudem motoru In uvedenyacutem na štiacutetku v zaacutevislosti na maximaacutelniacute době

rozběhu t

Třiacuteda 5E 10E 20E 30E 40E

t [s] 15 3 6 3 12

Tab 32 Třiacutedy přetiacuteženiacute a čas odpojeniacute

Lze hovořit o dvou typech rozběhu motoru

1 normaacutelniacute rozběh - do 10s

2 těžkyacute rozběh - viacutece jak 10s

Při rozběhu zatiacuteženeacuteho motoru se otaacutečky zvyšujiacute z nuloveacute hodnoty na jmenovitou přičemž

dochaacuteziacute k naacuterůstu proudu až na několikanaacutesobek jeho jmenoviteacute hodnoty Zpravidla u většiacutech

motorů byacutevaacute naacuterůst až 10In tudiacutež v tento bdquokritickyacuteldquo okamžik nesmiacute vybavit ochrana na tepelneacute

přetiacuteženiacute Rozběh motoru pro UMC končiacute při poklesu proudu I na hodnotu 135 proudu

jmenoviteacuteho In nebo při dosaženiacute jmenovityacutech otaacuteček nn Udaacutevaneacute časy představuje Tab 32

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 32

311 Určeniacute teploty vinutiacute a vypiacutenaciacute třiacutedy

Podle způsobu určeniacute teploty vinutiacute motoru se ochrany rozlišujiacute na proudově nezaacutevisleacute a

proudově zaacutevisleacute

Proudově nezaacutevisleacute ochrany měřiacute přiacutemo teplotu ve vinutiacute motoru pomociacute vhodneacuteho čidla

teploty zpravidla termistoru Tiacutemto způsobem lze zjistit nedovoleneacute otepleniacute způsobeneacute např

poruchou cirkulace vzduchu kterou proudově zaacutevislaacute ochrana neniacute schopna vyhodnotit

Proudově zaacutevisleacute ochrany vyhodnocujiacute teplotu vinutiacute motoru nepřiacutemo a to prostřednictviacutem

vyacutepočtoveacuteho modelu z provozniacuteho proudu motoru Zvyacutešeniacute provozniacuteho proudu motoru maacute za

naacutesledek otepleniacute ktereacute vede trvaacute-li delšiacute dobu k poškozeniacute nebo zničeniacute motoru Ochrana při

tepelneacutem přetiacuteženiacute ndash TOL chraacuteniacute motor před přehřaacutetiacutem Tepelnyacute model je vypočiacutetaacutevaacuten za chodu i

v klidu motoru a z těchto stavů se pak zjistiacute tepelnaacute kapacita Znalost teacuteto hodnoty vede

k maximalizaci produktivity Funkčnost tepleneacuteho modelu je v souladu s normou

Při použitiacute motoru pro cyklickeacute operace dochaacuteziacute ke schodoviteacutemu zvyšovaacuteniacute teploty motoru Je

zapotřebiacute volit spraacutevnyacute čas intervalu mezi cykly aby nedochaacutezelo k přehřaacutetiacute a zbytečneacutemu

poškozeniacute izolace vinutiacute motoru

Funkce Thermal load (tzv tepelnaacute zaacutetěž) hliacutedaacute poměr aktuaacutelniacuteho prochaacutezejiacuteciacuteho proudu I a

jmenoviteacuteho proudu In motoru Jakmile poměr IIn přesaacutehne 100 začiacutenaacute odpočet TTT a motor

bude odpojen po uplynutiacute nastaveneacute periody Možnost opětovneacuteho spuštěniacute přetiacuteženeacuteho motoru

proběhne po jeho vychladnutiacute To je možneacute nastavit dvěma způsoby [1]

1 Ručně nastavenou periodou během ktereacute je motor blokovaacuten proti spuštěniacute

(ovlivňovaacuteno velikostiacute motoru teplotou prostřediacute kde je motor použit zda je vybaven

ventilaacutetorem či neniacute apod)

2 Nastaveniacutem procentuaacutelniacute hodnoty tepelneacute kapacity do ktereacute nebude moci obsluha

motor spustit (při nastaveniacute 50 nedojde k odblokovaacuteniacute ochrany pokud neklesne

tepelnaacute kapacita pod zadanou hodnotu)

Určeniacute vypiacutenaciacute třiacutedy je představeno na naacutesledujiacuteciacutem přiacutekladu

Maacuteme-li trojfaacutezovyacute asynchronniacute motor o vyacutekonu 22kW poměr IIn = 5 a maximaacutelniacute dobu

rozběhu to = 10s Z přiloženeacuteho grafu vypiacutenaciacutech třiacuted pro studenyacute motor určiacuteme požadovanou

třiacutedu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 33

Obr 31 Vypiacutenaciacute třiacutedy pro UMC100-FBP[1]

Z vyacutesledku je patrneacute že motor budeme vypiacutenat proti přetiacuteženiacute podle třiacutedy 5E jelikož křivka

pro 5E je pod maximaacutelniacute dobou rozběhu to = 10s Pokud by došlo ke zvoleniacute např třiacutedy 10E

hrozilo by poškozeniacute motoru jelikož by na motor působilo přetiacuteženiacute delšiacute dobu než je tomu

dovoleno [10]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 34

32 Ochrana při zablokovaneacutem rotoru

V okamžiku připojeniacute motoru na napaacutejeciacute siacuteť se rotor neotaacutečiacute (n = 0 s = 1) Motor je ve

stavu nakraacutetko a jeho proud je omezen pouze ohmickyacutemi odpory a rozptylovyacutemi reaktancemi

vinutiacute Zaacuteběrnyacute proud I1z dosahuje většinou 4 až 10 x většiacutech hodnot než proud jmenovityacute In

Určit velikost tohoto proudu je možneacute ze vztahu 321

radic

kde

U1 - Vstupniacute napětiacute

R1 - Odpor primaacuterniacuteho vinutiacute

Xr1 - Reaktance statoroveacuteho vinutiacute

Xrsquor20 - Reaktance zabrzděneacuteho rotoru

Rlsquo2s - Celkovyacute činnyacute odpor rotoru

RFe - Činnyacute odpor magnetickeacuteho obvodu

Xm - Reaktance magnetickeacuteho obvodu

I1z - Zaacuteběrnyacute proud

Obr 32 Obvodovyacute model asynchronniacuteho motoru pro jednu faacutezi statoroveacuteho vinutiacute ndash nakraacutetko

Velkyacute zatěžovaciacute moment Mz nebo mechanickaacute porucha může zapřiacutečinit zablokovaacuteniacute rotoru

Ochrannaacute funkce detekuje dlouhou počaacutetečniacute situaci kteraacute je praacutevě důsledkem zmiacuteněnyacutech přiacutečin

UMC100 tiacutemto odpojiacute motor od napaacutejeniacute čiacutemž ho ochraacuteniacute od nadměrneacuteho tepelneacuteho namaacutehaacuteniacute

V uživatelskeacutem prostřediacute je možneacute individuaacutelně nastavit jak maximaacutelniacute proud tak i čas po

ktereacutem dojde k odpojeniacute zablokovaneacuteho motoru Pro experimentaacutelniacute použitiacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy je nastavena hodnota poměru pro odpočet a naacutesledneacute odpojeniacute IIn na 300 [1] [9]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 35

33 Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute zabezpečiacute odpojeniacute motoru vyskytne-li se v obvodu většiacute

hodnota proudu než nastavenaacute jmenovitaacute In Bliacuteže tuto funkci představiacute přiloženyacute průběh Funkce

je aktivniacute až po roztočeniacute motoru v okamžiku rozběhu je neaktivniacute

Princip ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Do okamžiku T1 od zapnutiacute klesne zaacuteběrnyacute proud na hodnotu cca Ix = 135 In V časoveacutem

uacuteseku T1 až T2 dochaacuteziacute k naacuterůstu prochaacutezejiacuteciacuteho proudu motorem V okamžiku T2 překročiacute

proud hodnotu Ivar Tiacutemto okamžikem začne odpočet nastaveneacute doby zpožděniacute tvar kteraacute po

uplynutiacute sepne signalizaci varovaacuteniacute nadproudoveacuteho přetiacuteženiacute Odpočet doby tvar narůstaacute je-li

proud motorem I gt Ivar Jakmile proud I ge Iodp dochaacuteziacute k sepnutiacute čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute todp

Platiacute-li podmiacutenka I ge Iodp a dojde k načteniacute hodnoty todp UMC100 odpojiacute motor od napaacutejeniacute a tiacutem

zabraacuteniacute jeho poškozeniacute

Obr 33 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu přetiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash dosaženiacute vysokeacute proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash dosaženiacute hodnoty proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

34 Ochrana při proudoveacutem podtiacuteženiacute

Jakmile hodnota (činneacuteho) proudu klesne pod nastavenou uacuteroveň kteraacute je pro danyacute proces

typickaacute dojde v UMC100 k vybaveniacute ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a motor odpojiacute od

napaacutejeniacute Tato ochrana se předevšiacutem využiacutevaacute pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacute funkce čerpadla když detekuje

ztraacutetu jeho saacuteniacute či pro paacutesoveacute dopravniacuteky ve vyacuterobniacutech provozech Včasneacute varovaacuteniacute a odpojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 36

motoru snižuje zejmeacutena prostoje vyacuteroby Princip varovaacuteniacute a odpojeniacute je představen na

naacutesledujiacuteciacutem průběhu jak tomu bylo u ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Princip ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute zobrazeneacuteho průběhu

Po poklesu aktuaacutelniacuteho proudu v okamžiku T1 motor normaacutelně běžiacute V časoveacutem uacuteseku T1 až

T2 dochaacuteziacute k poklesu proudu pod jmenovitou hodnotu In až na nastavenou hodnotu Ivar Při

dosaženiacute teacuteto hodnoty začne odpočet varovaacuteniacute proudoveacuteho podtiacuteženiacute Nepřesaacutehne-li proud za

dobu kratšiacute než tvar mez Ivar (tzn nevzroste-li se zpět k In) dojde ke spuštěniacute signalizace

proudoveacuteho podtiacuteženiacute Při pokračujiacuteciacutem poklesu proudu jak je patrneacute v časoveacutem intervalu T2-T3

až na mez Iodp dojde k čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute Při překročeniacute nastaveneacute doby todp a za

podmiacutenky že proud I le Iodp UMC100 motor odpojiacute od napaacutejeciacute siacutetě

Obr 34 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash niacutezkaacute proudovaacute uacuteroveň kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash hodnota proudu kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

Popis funkce ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute blokoveacuteho scheacutematu

Signaacutel Istart představuje hodnotu proudu po startu motoru- log 1(tzn Signalizace motoru v

chodu) Tento signaacutel tvořiacute vstup logickeacuteho hradla AND (1) Funkci tohoto hradla znaacutezorňuje

přiloženaacute tabulka Tab 33 Druhyacute vstup signalizuje aktuaacutelniacute hodnotu proudu kteraacute motorem

proteacutekaacute Je-li proud IltIvar detekuje hradlo AND druhou logickou jedničku a hradlo vybaviacute podle

přiloženeacute tabulky Tento signaacutel z hradla aktivuje časovač zpožděniacute varovaacuteniacute Po uplynutiacute

nastaveneacuteho časoveacuteho uacuteseku signalizuje podtiacuteženiacute Dochaacuteziacute-li staacutele k poklesu proudu až do

uacuterovně kdy IltIodp pak na druheacutem logickeacutem hradle AND (2) budou na vstupu log 1 Sepne

čiacutetaacuteniacute zpožděniacute vypnutiacute a po uplynutiacute doby UMC motor vypne

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 37

Obr 35 Blokoveacute scheacutema ochrany proti proudoveacutemu podtiacuteženiacute [1]

Vstup Vyacutestup

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

Tab 33 Princip funkce logickeacuteho hradla AND

341 Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek

Při chodu asynchronniacuteho motoru odebiacuteraacute stroj ze siacutetě jalovyacute proud kteryacute je potřebnyacute pro

vytvořeniacute magnetizace hlavniacuteho magnetickeacuteho obvodu Tento tzv magnetizačniacute proud je

nezaacutevislyacute na zatiacuteženiacute stroje Uplatněniacute nalezne zejmeacutena při chodu napraacutezdno a maleacutem zatiacuteženiacute

kdy je uacutečiniacutek motoru niacutezkyacute Motor maacute tedy nejleacutepe pracovat při plneacutem zatiacuteženiacute[11]

Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek jsou důležiteacute parametry pro detekovaacuteniacute niacutezkeacute zaacutetěže nebo situace bez

zaacutetěže např uzavřenyacute ventil Pomociacute napěťoveacuteho modulu VI15x a UMC je měřeno sdruženeacute

(faacutezoveacute) napětiacute faacutezovyacute proud čili i faacutezovyacute posuv mezi proudem a napětiacutem - cos φ Pomociacute těchto

parametrů je UMC schopneacute analogicky spočiacutetat hodnotu činneacuteho přiacutekonu

radic

Poklesne-li poteacute činnyacute přiacutekon pod nastavenou procentuaacutelniacute hodnotu P (př 85 Pn) motor vypne

tj bude-li PPn le 085

Experimentaacutelniacutem měřeniacutem v raacutemci laboratorniacute uacutelohy byla pomociacute přiacutestroje Yokogawa WT1800

změřena zaacutevislost uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute motoru Z vyacutesledneacuteho grafu (Obr 37) je

patrneacute že se snižovaacuteniacutem zatiacuteženiacute rotoru klesaacute velikost uacutečiniacuteku Naměřeneacute hodnoty pro konstrukci

grafu jsou uvedeny v přiacuteloze

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 38

Obr 36 Charakteristiky asynchronniacuteho motoru při zatiacuteženiacute [11]

Obr 37 Graf zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti P2

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

01

02

03

04

05

06

07

08

09

0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000

P1 [

W]

cos

ϕ [

-]

P2 [W]

P2 P1 Q1

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 39

35 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

Princip ochrany

Je-li poměr nejnižšiacuteho proudu (Imin) a nejvyššiacuteho proudu (Imax) ve faacuteziacutech nad nastavenou

uacuterovniacute pro varovaacuteniacute sepne signalizace ztraacutety faacuteze Jakmile ovšem tento poměr překročiacute

nastavenou hodnotu pro odpojeniacute motoru sepne zpožděniacute vypnutiacute a podle nastaveneacute třiacutedy

přetiacuteženiacute motor po uplynutiacute časoveacuteho intervalu odpojiacute

Funkce faacutezoveacute nesymetrie je aktivniacute pouze tehdy je-li proud ve všech třech faacuteziacutech gt 25 In

(jmenoviteacuteho proudu) [1]

Naacutesledujiacuteciacute rovnice představuje vyacutepočet procentuaacutelniacuteho poměru proudu pro vypnutiacute motoru při

uacuteplneacute ztraacutetě faacuteze

(

)

36 Ochrana sledu faacuteziacute

Ochrana sledu faacuteziacute hliacutedaacute zejmeacutena spraacutevnyacute směr otaacutečeniacute motoru Důležiteacute pro použitiacute teacuteto

ochrany je miacutesto zapojeniacute napěťoveacuteho modulu VI15x Pokud by byl modul zapojen za stykači

nastala by chyba při reverzniacutem zapojeniacute Na stykačiacutech dochaacuteziacute zapojeniacutem k zaacuteměně dvou

faacutezovyacutech vodičů a tiacutem i změně směru otaacutečeniacute motoru UMC s pomociacute VI150 vyhodnotiacute situaci

jako chybovou a vypne motor Napěťovyacute modul se tedy zpravidla umiacutesťuje hned za hlavniacute jistiacuteciacute

prvek viz Obr 44

37 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Jedno z největšiacutech nebezpečiacute pro motor představuje ztraacuteta jedneacute napaacutejeciacute faacuteze Chod na 2

napaacutejeciacute faacuteze zatěžuje motor na tepelneacute uacutečinky proudu vlivem zvyacutešeniacute proudu ve zbylyacutech 2

faacuteziacutech UMC100 v tomto přiacutepadě vypiacutenaacute motor podle předem stanovenyacutech časovyacutech intervalů

Intervaly vypnutiacute jsou stejneacute jako pro ochranu proti proudoveacutemu přetiacuteženiacute (Tab 32) a

odpoviacutedajiacute nastaveneacute třiacutedě přetiacuteženiacute Tuto ochranu dřiacuteve zajišťovalo tepelneacute releacute ktereacute v tomto

přiacutepadě nemusiacute byacutet použito

38 PTC ochrana

381 Termistor

Termistor je polovodičovyacute nelineaacuterniacute dvojpoacutel jehož odpor se měniacute v zaacutevislosti na teplotě

prostřediacute ve ktereacutem pracuje Jeho vyacutehodou je že velmi rychle a citlivě reaguje na změnu teploty

Rozlišujeme zpravidla 2 druhy termistorů

1 NTC (Negative Temperature Coefficient) - termistor se zaacutepornyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou klesaacute jeho odpor (roste elektrickaacute vodivost a proud)

2 PTC (Positive Temperature Coefficient) ndash termistor s kladnyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou jeho odpor roste

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 40

Obr 38 Zaacutevislost odporu termistoru na teplotě

Použitiacute termistorů

NTC termistory se použiacutevajiacute zpravidla k měřeniacute teploty PTC se nejčastěji využiacutevaacute

v kuchyňskyacutech spotřebičiacutech kde je požadovaacutena konstantniacute teplota v termostatech a pro hliacutedaacuteniacute

teploty vinutiacute motorů

382 Princip PTC ochrany v UMC

Ochrana obecně spadaacute do skupiny proudově nezaacutevislyacutech ochran Pro připojeniacute PTC

termistoru sloužiacute na UMC100 svorky s označeniacutem T1 a T2 PTC zvyšuje svůj odpor s rostouciacute

teplotou proto je možneacute ho použiacutet pro hliacutedaacuteniacute teploty např vinutiacute statoru UMC je schopneacute

vyhodnotit tuto změnu odporu a vydaacute signaacutel k odpojeniacute motoru od siacutetě [7]

39 Ochrana při zemniacutem spojeniacute

Ochrana při zemniacutem spojeniacute spočiacutevaacute v ochraně motoru siacutetě a technologie při nežaacutedouciacutech

vlivech způsobenyacutech zejmeacutena staacuternutiacutem izolace a jejiacutem zhoršenyacutem izolačniacutem uacutečinkem

Naacutesledkem přetěžovaacuteniacute vedeniacute vlhkostiacute kondenzaciacute vody v elektrickeacutem zařiacutezeniacute nebo vrstvou

vodiveacuteho prachu jsou praacutevě zhoršeneacute vlastnosti izolačniacuteho materiaacutelu To vede k nechtěneacutemu

zemniacutemu spojeniacute Zemniacute spojeniacute je monitorovaacuteno pomociacute UMC spolu se zařiacutezeniacutem CEM11 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 41

DEMONSTRAČNIacute PŘIacutePRAVEK 4

41 Naacutevrh přiacutepravku

Pro demonstraci UMC100 a dalšiacutech prvků řady produktů od společnosti ABB sro byl

navržen přiacutepravek pomociacute software AutoCAD a Inventor Professional kteryacute byl poteacute zrealizovaacuten

a oživen Nosnaacute konstrukce (Obr 41) je vyrobena z jӓckelu o rozměru 25x25mm

Obr 41 Nosnaacute konstrukce

Čelniacute panel tvořiacute plech s rozměry 500x400mm a tloušťky 2mm Plech je osazen

rozvaděčovyacutemi kanaacutely 25x60mm a všemi potřebnyacutemi komponentami pro realizaci zapojeniacute

Vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho panelu s otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky a ovlaacutedaciacute tlačiacutetka motoru je na

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

Seznam použityacutech komponent Vyacuterobce

3-poacutelovyacute jistič C16 OEZ

Pojistkoveacute pouzdro RSP 4 Elektro Bečov

Komunikačniacute modul MTQ22-FBP ABB

Motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP ABB

Napěťovyacute modul VI150-FBP ABB

Rozšiřovaciacute modul DX122-FBP ABB

Ministykač LC1K09(LC1K12) Schneider Electric

Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A ABB

Rozvaděčovyacute kanaacutel 25x60mm KOPOS

Přiacutestrojoveacute zdiacuteřky 4mm do panelu AMASS

Tlačiacutetka do panelu 250V1A JIETONG

Tab 41 Seznam použityacutech komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 42

Pro konstrukci je důležiteacute aby navrženyacute panel rozměrově odpoviacutedal všem potřebnyacutem přiacutestrojům

a modulům Pro tuto přiacuteležitost je pomociacute software AutoCAD vytvořen vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho

panelu Obr 43 kteryacute je konstruovaacuten

Navrženyacute nosnyacute plech tloušťky 2mm na ktereacutem jsou umiacutestěny veškereacute komponenty Obr 42

Ve vrchniacute polovině plechu jsou vyvrtaacuteny otvory o průměru 4mm sloužiacuteciacute pro uchyceniacute

rozvaděčoveacuteho kanaacutelu a DIN lišty Ve středniacute čaacutesti plechu jsou 4 průvlečneacute otvory určeneacute k

průchodu vodičů ze zadniacute čaacutesti plechu (od napaacutejeciacutech svorek) do rozvaděčoveacuteho kanaacutelu na straně

předniacute Pro tuto potřebu jsou stejneacute otvory vyvrtaacuteny takeacute do dna kanaacutelu Ve spodniacute čaacutesti jsou

otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky pomociacute kteryacutech je zajištěno napaacutejeniacute panelu a poteacute napaacutejeniacute motoru

a 3 otvory na ovlaacutedaciacute tlačiacutetka k zajištěniacute ovlaacutedaacuteniacute motoru Uchyceniacute plechu k nosneacute konstrukci

je provedeno samořeznyacutemi šroubky M5 v roziacutech plechu

Obr 42 Naacutevrh plechu panelu

Vyacutekres plechu s udaacuteniacutem koacutet je obsažen v přiacuteloze praacutece viz Obr 01

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 43

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 44

42 Scheacutema zapojeniacute přiacutepravku

Demonstračniacute panel je uzpůsoben pro reverzniacute chod trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 44 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho přiacutepravku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 45

43 Vyacuteslednyacute přiacutepravek

Vyacuteslednyacute osazenyacute a zapojenyacute přiacutepravek určenyacute pro laboratorniacute uacutelohu doplněnyacute vhodnyacutemi

štiacutetky pro ovlaacutedaacuteniacute a zapojeniacute napaacutejeciacute siacutetě (VSTUP) a motoru (VYacuteSTUP)

Obr 45 Demonstračniacute přiacutepravek

Zadniacute čaacutest panelu s izolovaacuteniacutem konektorů FASTON pomociacute teplem smrštitelneacute bužiacuterky před

nebezpečnyacutem dotykem živeacute čaacutesti

Obr 46 Zadniacute pohled

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 46

44 Demonstračniacute kufr pro ABB

Pro společnost ABB sro byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 prezentujiacuteciacute

jeho možnosti Zaacutekladniacutem požadavkem naacutevrhu bylo řešeniacute pomociacute jednofaacutezoveacuteho napaacutejeniacute

Jelikož UMC100 je uzpůsobeno pro chod trojfaacutezovyacutech motorů je použit frekvenčniacute měnič

ACS50 kteryacute nabiacuteziacute při napaacutejeniacute pomociacute jednofaacutezoveacute siacutetě na sveacutem vyacutestupu napětiacute 3x230V50Hz

Pro digitaacutelniacute vstupy UMC100 a rozšiřovaciacuteho modulu DX111 je navrženo použitiacute dvoupoacutelovyacutech

paacutečkovyacutech přepiacutenačů s funkciacute (ON)-OFF-ON s napětiacutem 24V DC K signalizaci aktivniacutech vstupů

a vyacutestupů je navrženo použitiacute zelenyacutech signaacutelek Ovlaacutedaciacute panel kufru obsahuje spiacutenače pro

simulaci ztraacutety napaacutejeciacute faacuteze motoru potenciometr k simulaci faacutezoveacute nesymetrie daacutele červenou

signaacutelku pro signalizaci poruchovyacutech stavů a žlutou pro chod motoru Všechny přepiacutenače a

signaacutelky jsou přiacutestupneacute uživateli prostřednictviacutem navrženeacuteho ovlaacutedaciacuteho panelu kteryacute současně

posloužiacute jako kryt kufru (Obr 02) Jelikož pro přenosnyacute kufr neniacute nejvhodnějšiacute použitiacute

asynchronniacuteho motoru je proto použit 6-poacutelovyacute synchronniacute motor s přiacutekonem 23VA

vyacutestupniacutem vyacutekonem 105W a jmenovityacutem proudem 100mA

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 47

Obr 47 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho kufru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 48

SIMULACE OCHRAN 5Kapitola obsahuje soupis simulaciacute ochran ktereacute jsou demonstrovaacuteny v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jež se zabyacutevaacute problematikou UMC100 Z širokeacute škaacutely ochran jsou vybraacuteny 4 situace ktereacute

se v průmyslu často vyskytujiacute

51 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

K nasimulovaacuteniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii je použit posuvnyacute potenciometr kteryacute je

připojen na svorky (12) Pomociacute potenciometru bude snižovaacutena velikost napětiacute na přiacutevodniacute faacutezi

do motoru (L1) Pro demonstraci ochrany je použit napěťovyacute modul VI150 spolu s UMC100 Na

svorky modulu označeneacute (L1L2 a L3) jsou přivedeny faacuteze v uvedeneacutem sledu Při zvyšovaacuteniacute

odporu rezistoru ve faacutezi dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute napětiacute na přiacutevodniacute svorce (L1) vlivem rostouciacuteho

uacutebytku napětiacute na daneacutem rezistoru Je-li napěťovyacute modul propojen vodičem s UMC a je-li spraacutevně

nastaven UMC vyhodnotiacute po určiteacutem poklesu napětiacute a naacuterůstu proudu ve zbylyacutech dvou faacuteziacutech

(L2 a L3) jako chybovou a vybaviacute Nejprve bude vybaveno varovaacuteniacute a poteacute dojde k odpojeniacute

motoru

52 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze je motor vystaven vysokeacutemu riziku což většinou vede k jeho

zničeniacute Demonstrace ochrany proběhne uacuteplnyacutem odpojeniacutem napaacutejeciacute faacuteze L2 Pro vybaveniacute

ochrany neniacute zapotřebiacute aby byl motor v chodu neboť použitiacute napěťoveacuteho modulu VI150

detekuje nepřiacutetomnost napětiacute faacuteze a vybaviacute Při chodu motoru ochrana vybaviacute od 15s pro třiacutedu

5E a do 12s pro 40E podle nastaveneacute třiacutedy přetiacuteženiacute viz Tab 32 Princip funkce při chodu

motoru spočiacutevaacute v porovnaacuteniacute nejvyššiacute a nejnižšiacute naměřeneacute hodnoty faacutezoveacuteho proudu s

nastavenyacutemi uacuterovněmi Vyacutehodou je že signalizuje varovaacuteniacute ještě před samotnyacutem spuštěniacutem

motoru kdy může nastat stav že je přepaacutelena pojistka a obsluha toto nezaznamenala Mimo

přepaacuteleneacute pojistky se může takeacute jednat o uvolněnyacute nebo opotřebenyacute kontakt

53 Ochrana sledu faacuteziacute

Pro spraacutevnyacute chod motoru a diagnostiku pomociacute kontroleacuteru s použitiacutem napěťoveacuteho modulu je

zapotřebiacute dodržet sled faacuteziacute tzn Faacutezovyacute vodič L1rarrsvorka L1 L2 rarrsvorka L3 a L3rarrsvorka L3

Při zaacuteměně některyacutech faacutezovyacutech vodičů neprodleně vybaviacute ochrana sledu faacuteziacute a neniacute dovoleno

spuštěniacute motoru do okamžiku dokud neniacute obsluhou tento probleacutem vyřešen

54 PTC ochrana

Pro vyhodnocovaacuteniacute teploty vinutiacute statoru motoru sloužiacute termistor PTC Při zvyacutešeniacute teploty

nastaacutevaacute zvyacutešeniacute odporu termistoru (viz Obr 38) a motor odpojiacute Udaacutevanaacute odezva UMC na

změnu odporu je v rozmeziacute R = 34-38kΩ

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 49

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany

Z důvodu ochrany motoru neniacute vhodneacute vystavovat motor zvyacutešeneacute teplotě pro nastiacuteněniacute funkce

PTC ochrany Pro tento uacutečel posloužiacute zhotovenyacute box osazenyacute lineaacuterniacutem potenciometrem

s hodnotou odporu 25kΩ jemuž jsou předřazeny odpory 1kΩ a 330Ω

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 50

LABORATORNIacute UacuteLOHA 6

61 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100

Uacutekolem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute řiacutediacuteciacute a kontrolniacute jednotkou pro

provoz trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru UMC100

Motorovyacute kontroleacuter nabiacuteziacute 3 releacuteoveacute vyacutestupy Tyto vyacutestupy jsou připojitelneacute na napětiacute 230V AC s

maximaacutelniacutem proudem 1A Releacuteoveacute vyacutestupy sloužiacute zejmeacutena pro připojeniacute budiacuteciacutech ciacutevek stykačů

Hlavniacute vstupy jsou tvořeny seacuteriiacute svorek jež je umiacutestěnaacute ve spodniacute čaacutesti kontroleacuteru Svorky nesou

označeniacute (DI0 DI1 hellip DI5) Tyto digitaacutelniacute vstupy pracujiacute s napětiacutem 24V DC a sloužiacute pro

připojeniacute ovlaacutedaciacutech tlačiacutetek jako start motoru stop motoru reverzaci rozběh hvězda-trojuacutehelniacutek

nebo např použitiacute vstupu pro koncovyacute spiacutenač pro připojeniacute pomocnyacutech kontaktů stykačů či

funkci aktuaacutetor kdy je ovlaacutedaacuten pohon ventilu Vše podle nastaveniacute uživatele a pracovniacuteho

procesu Vedle hlavniacutech vstupniacutech kontaktů se nachaacuteziacute takeacute jeden vyacutestupniacute s označeniacutem (DO3)

Tento digitaacutelniacute vyacutestup lze využiacutet k připojeniacute 24V DC signalizačniacute kontrolky pro chybovaacute hlaacutešeniacute

modulu UMC100 nabiacuteziacute integrovanyacute vstup pro připojeniacute PTC termistoru Diacuteky PTC jsme

schopni hliacutedat teplotu statoroveacuteho vinutiacute a předejiacutet tiacutem zaacutevažneacutemu poškozeniacute motoru

Hlavniacute obvod

Měřeniacute proudu faacutezovyacutemi vodiči je řešeno pomociacute 3 průvlečnyacutech ok integrovanyacutech v modulu

Tato průvlečnaacute oka jsou měřiacuteciacutemi transformaacutetory proudu navinutyacutemi na toroidniacutem jaacutedře Diacuteky

těmto transformaacutetorům je kontroleacuter schopnyacute měřit proud v rozsahu 024 až 63A Pro vyššiacute

hodnoty proudů až 850A se použiacutevaacute externiacute proudovyacute transformaacutetor

Možnost rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru

UMC se v průmyslovyacutech aplikaciacutech nejčastěji použiacutevaacute s využitiacutem napěťoveacuteho a rozšiřovaciacuteho

(vstupně-vyacutestupniacuteho) modulu Pro laboratorniacute uacutelohu je použit napěťovyacute modul VI150 a

rozšiřovaciacute modul DX122 jenž jsou připojeny k UMC pomociacute UMCIO-CAB přes svorky

s označeniacutem Ca a Cb

Napěťovyacute modul VI150

K demonstraci kontroleacuteru je použit modul s označeniacutem VI150 Zařiacutezeniacute disponuje konektory pro

připojeniacute faacutezovyacutech vodičů (L1 L2 a L3) a je schopneacute měřit hodnotu sdruženeacuteho napětiacute siacutetě

S naměřenyacutemi hodnotami faacutezoveacuteho proudu pomociacute UMC dostaacutevaacuteme takeacute hodnotu faacutezoveacuteho

posuvu mezi napětiacutem a proudem tedy uacutečiniacuteku cos φ Z těchto naměřenyacutech parametrů vypočiacutetaacute

řiacutediacuteciacute jednotka kontroleacuteru činnyacute přiacutekon Ovšem pro spraacutevnou detekci napětiacute je nutneacute dodržet

zapojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 51

Vstupně-vyacutestupniacute modul DX122

Modul umožňuje rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru o dalšiacutech 8 digitaacutelniacutech vstupů na napětiacute 110-230V AC 4

releacuteoveacute vyacutestupy a 1 analogovyacute vyacutestup Pomociacute programu ABB Asset Vision Basic je možneacute

přiacutemeacute přiřazeniacute parametrů a programovaacuteniacute UMC100 a takeacute všech zařiacutezeniacute kteraacute jsou vybavena

DTM (Device Type Manager)- naacutestroj pro konfiguraci a spraacutevu zařiacutezeniacute

Komunikačniacute modul MTQ22

O komunikaci mezi UMC a PC se staraacute modul MTQ22 V software vytvořeneacutem pomociacute

vyacutevojoveacuteho prostřediacute LabVIEW lze sledovat aktuaacutelniacute měřeneacute veličiny zobrazenaacute varovaacuteniacute

poruchovyacutech stavů informace o stavu vstupů a vyacutestupů apod

Napaacutejeciacute zdroj

Napaacutejeniacute modulů zajišťuje zdroj CP-D 2413A s regulaciacute vyacutestupniacuteho napětiacute Regulace je možnaacute

v rozpětiacute 24-28V DC Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute zdroje je umožněna z důvodu požadavku

přesneacuteho napětiacute 24V DC Vlivem zatiacuteženiacute (napaacutejeniacute UMC VI a DX) vyacutestupniacute napětiacute zdroje klesaacute

podle zatěžovaciacute charakteristiky přiacuteslušneacuteho zdroje CP-D sloužiacute takeacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacutech

vstupů UMC

Ochranneacute funkce

UMC nenabiacuteziacute pouze možnost měřeniacute faacutezoveacuteho proudu ale takeacute řadu ochran při poruchovyacutech

stavech provozu Nejčastěji v praxi využiacutevanaacute ochrana je ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute kteraacute

je doprovaacutezena varovnou signalizaciacute nastaacutevajiacuteciacute poruchy

Ochrana motoru při proudoveacutem podtiacuteženiacute pracuje na obdobneacutem principu jako předchoziacute ochrana

Kontroleacuter monitoruje hladinu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu Při jeho poklesu pod nastavenou

uacuteroveň maximaacutelniacuteho dovoleneacuteho poklesu (udaacutevaneacute relativně v k jmenoviteacutemu In) dochaacuteziacute k

signalizaci chyby a odpojeniacute motoru od siacutetě

PTC ochrana spočiacutevaacute v hliacutedaacuteniacute teploty statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru pomociacute PTC

termistoru V našem přiacutepadě je použito lineaacuterniacuteho potenciometru kdy se zvyšujiacuteciacutem se odporem

potenciometru simulujeme zvyšujiacuteciacute se teplotu statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru

Při ztraacutetě některeacute napaacutejeciacute faacuteze motoru dochaacuteziacute k okamžiteacutemu blokovaacuteniacute startu motoru

Ochrana sledu faacuteziacute zajistiacute spraacutevneacute zapojeniacute vodičů L1 L2 a L3 ktereacute je slučitelneacute s nastaveniacutem v

UMC

Vlivem přerušovaneacuteho provozu např S3 kdy nedochaacuteziacute v době klidu a odpojeniacute motoru k

poklesu teploty na teplotu okoliacute může vybavit Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute - Thermal

Overload Protection (TOL)

Zablokovaniacute rotoru byacutevaacute způsobeno přiacuteliš vysokyacutem zaacutetěžnyacutem momentem Mz na hřiacutedeli motoru

nebo mechanickou poruchou Kontroleacuter je při startu schopen detekovat tento stav

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 52

62 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute uacutelohy a scheacutema zapojeniacute panelu

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 53

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 54

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha

Štiacutetek použiteacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 64 Štiacutetek motoru

63 Popis scheacutematu zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

Na vstupniacute svorky s označeniacutem VSTUP (L1 L2 L3 N PE) jsou přivedeny přiacuteslušneacute vodiče

z pracovniacuteho stolu Hlavniacute 16A jistič s vypiacutenaciacute charakteristikou typu C sloužiacute pro jištěniacute siloveacute

čaacutesti obvodu Pro jištěniacute napaacutejeciacuteho zdroje CP-D sloužiacute tavnaacute pojistka 2T250V Napěťoveacute

vstupy na modul VI150 jsou jištěny tavnou pojistkou F125250V Posuvnyacute potenciometr

umiacutestěnyacute na faacutezoveacutem vodiči L1 sloužiacute k demonstraci ochrany při faacutezoveacute nesymetrii

Komunikačniacute modul MTQ22 zajišťuje komunikaci mezi UMC a PC kdy prostřednictviacutem

Ethernetoveacute siacutetě jsme schopni čiacutest měřeneacute veličiny

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 55

64 Pracovniacute postup

1 Seznamte se s kontroleacuterem UMC100 a ostatniacutemi komponenty použityacutemi pro laboratorniacute

uacutelohu a se scheacutematem zapojeniacute uacutelohy

2 Připojte elektromotor a vstupniacute svorky na přiacuteslušneacute zdiacuteřky Před připojeniacutem vyacutekonoveacuteho

potenciometru ověřte měřeniacutem jeho minimaacutelniacute a maximaacutelniacute hodnotu odporu a

poznamenejte si je

3 Připojte potenciometr na určeneacute zdiacuteřky označeneacute čiacutesly 1 a 2 a nastavte hodnotu odporu

4 Po kontrole zapojeniacute vyučujiacuteciacutem zapněte pracoviště a nastavte autotransformaacutetor na 100

vyacutestupniacuteho napětiacute Zapněte hlavniacute jistič Kontrola a nastaveniacute komunikace mezi UMC

DX a VI

Nastaveniacute Komunikace se provede přes LCD displej naacutesledujiacuteciacutem způsobem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on

5 Stiskem tlačiacutetka VPŘED nebo VZAD na panelu uvedeme motor do chodu Pro přechod

z jednoho směru do druheacuteho je nutneacute nejprve zastavit motor tlačiacutetkem STOP Při

zastaveniacute je kontroleacuterem motor blokovaacuten po dobu 3s před dalšiacutem spuštěniacutem z důvodu

doběhu motoru Pohybem tlačiacutetek nahoru dolů pomociacute LCD v hlavniacute nabiacutedce - UMC -

můžeme sledovat aktuaacutelniacute proud motoru sdruženeacute napětiacute odebiacuteranyacute přiacutekon ze siacutetě

uacutečiniacutekhellip

6 Při provaacuteděniacute uacutelohy na brzdě (dynamometru) ověřte funkci ochrany při zablokovaacuteniacute

rotoru funkci ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a proudoveacutem přetiacuteženiacute

7 Při vybaveniacute každeacute z ochran zaznamenejte hodnotu kdy vypnula Před novyacutem startem je

důležiteacute přečiacutest zaacuteznam důvodu poruchy a proveacutest reset na panelu UMC100-PAN jinak je

START blokovaacuten

65 Měřeniacute

OCHRANA PŘED PŘEHŘAacuteTIacuteM MOTORU

Potenciometrem označenyacutem PTC je zvyšovaacutena hodnotu odporu do okamžiku kdy dojde

k odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě zapůsobeniacutem PTC ochrany Hodnota odporu potenciometru

při vybaveniacute ochrany je určena měřeniacutem na 341kΩ Odpoviacutedajiacuteciacute hodnotu teploty motoru

odečteme z grafu a hodnoty odporu potenciometru při vypnutiacute

Do tabulky zapište změřenou hodnotu odporu potenciometru při vypnutiacute Při teacuteto hodnotě odporu

odečtěte teplotu motoru z grafu Ziacuteskanou teplotu porovnejte s vypočtenou teplotou motoru

Tabulka naměřenyacutech a vypočtenyacutech hodnot

R ϑg R0 ϑ

[Ω] [degC] [Ω] [degC]

3410 136 1320 13626

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 56

Vyacutepočet vychaacuteziacute ze vztahu pro zaacutevislost elektrickeacuteho odporu vodiče na teplotě

(651)

kde

(652)

Po uacutepravě pak

α - teplotniacute součinitel elektrickeacuteho odporu (K-1

) (α = 001162 K-1

)

R0 - odpor potenciometru v zaacutekladniacute poloze

R - odpor potenciometru při vybaveniacute ochrany

ϑg - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute odečtenaacute z grafu

ϑ - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute ndash vypočtenaacute

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

R [

Ω]

ϑ [degC]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 57

Vinutiacute motoru je izolovaacuteno izolaciacute třiacutedy F (155)

Třiacuteda izolace A E B F H

Okolniacute teplota [degC] 40 40 40 40 40

Povolenyacute naacuterůst teploty [degC] 60 75 80 105 125

Teplotniacute rezerva 5 5 10 10 15

Konečnaacute teplota 105 120 130 155 180

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru [12]

OCHRANA PŘED NESPRAacuteVNYacuteM SLEDEM FAacuteZIacute

Nedodrženiacutem sledu napaacutejeciacutech faacutezovyacutech vodičů (zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů svorek L2 a L3)

jak je nastaveno v UMC provaacutediacute napěťovyacute modul blokaci startu motoru V tomto přiacutepadě

vybavuje neprodleně ochrana sledu faacuteziacute ndashPhase sequence Funkci zaznamenejte do protokolu

OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII

Zvyšovaacuteniacutem odporu vyacutekonoveacuteho potenciometru zapojeneacuteho ve faacutezi L1 (viz scheacutema zapojeniacute

uacutelohy) dochaacuteziacute k simulaci faacutezoveacute nesymetrie siacutetě Motor je odpojen v okamžiku kdy poklesne

hodnota sdruženeacuteho napětiacute mezi faacutezemi L3 a L1 přibližně na hodnotu Us = 380V Velikost

odporu při vybaveniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii činiacute 101Ω Hodnotu nesymetrie zaznamenejte

do protokolu

OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE

Ztraacuteta faacuteze se realizuje pomociacute spiacutenače v pracovniacutem stole kdy odpojiacuteme napaacutejeciacute faacutezi Změřte

čas od odpojeniacute faacuteze L2 do vybaveniacute ochrany při ztraacutetě faacuteze a poznamenejte do protokolu

66 Demonstrace ochran při použitiacute dynamometru

OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU

K testu ochrany při zablokovaacuteniacute rotoru posloužiacute dynamometr jehož hřiacutedel je spojenaacute se hřiacutedeliacute

asynchronniacuteho motoru pomociacute spojky Hřiacutedel dynamometru je poteacute mechanicky zablokovaacutena

Stiskem přiacuteslušneacuteho tlačiacutetka je proveden start motoru a sledovaacuten proud při odpojeniacute motoru od

siacutetě a čas odpojeniacute Proud při vybaveniacute ochrany při mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru dosaacutehl

hodnoty 1978A což odpoviacutedaacute 582In

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute ndash (High current protection)

Pro simulaci proudoveacuteho přetiacuteženiacute maacuteme nastavenou hodnotu odebiacuteraneacuteho proudu na 130 pro

odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě Snižovaacuteniacutem jmenovityacutech otaacuteček motoru pomociacute dynamometru

(bržděniacutem tzn n rarr 0) dochaacuteziacute k naacuterůstu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu I Odpojeniacute nastalo při

odebiacuteraneacutem proudu 447A Nastaveneacute hodnotě (13In ) naacuteležiacute proud 442A Tiacutem lze konstatovat

že vyacutesledek měřeniacute je srovnatelnyacute s hodnotami uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute

Stav proudoveacuteho podtiacuteženiacute nedostatečneacuteho proudoveacuteho zatiacuteženiacute použiacutevanyacute zejmeacutena u čerpadel

je simulovaacuten pomociacute dynamometru kdy je nastavenaacute hodnota poklesu aktuaacutelniacuteho proudu na

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 58

085In a čas odpojeniacute od siacutetě na 10s Po roztočeniacute a zatiacuteženiacute motoru na hodnotu jmenoviteacuteho

proudu jsou pomociacute dynamometru zvyšovaacuteny otaacutečky motoru n Tento proces maacute za naacutesledek

snižovaacuteniacute aktuaacutelniacuteho proteacutekaneacuteho proudu I kdy motor ztraacuteciacute zatiacuteženiacute Nastaveneacute hodnotě

podtiacuteženiacute odpoviacutedaacute aktuaacutelniacute proud 289A Při dosaženiacute teacuteto uacuterovně je spuštěn odpočet a motor za

10s odpojen

67 Vyhodnoceniacute a zaacutevěr

Vyacutesledkem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute technologiiacute pro diagnostiku

veličin při chodu trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru Při demonstračniacute simulaci ochran byly

dosaženy naacutesledujiacuteciacute vyacutesledky PTC ochrana vybavuje při hodnotě odporu 341kΩ Tato hodnota

odpoviacutedaacute teplotě ϑg = 136degC odečteneacute z grafu Vypočtenaacute teplota ϑ = 13626degC Vyacuterobce uvaacutediacute

zapůsobeniacute ochrany při hodnotě odporu v rozsahu 34-38kΩ Zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů L2 a

L3 proběhla okamžitaacute blokace spuštěniacute motoru Faacutezovaacute nesymetrie vybavila při poklesu napětiacute o

5 Ztraacutetou napaacutejeciacute faacuteze proběhlo odpojeniacute motoru v čase t = 15s Čas odpojeniacute odpoviacutedaacute třiacutedě

přetiacuteženiacute 5E kteraacute je nastavena

Při testu za použitiacute dynamometru bylo zjištěno že při zablokovaneacutem rotoru motoru zapůsobil

kontroleacuter při nastaveneacutem přetiacuteženiacute 3In Teacuteto hodnotě naacuteležiacute proud 102A Jelikož je nastavena

třiacuteda přetiacuteženiacute 5E ktereacute naacuteležiacute interval 15s a poteacute odpojeniacute motoru tak během tohoto okamžiku

vzrostla hodnota proudu na 1978A což odpoviacutedaacute 582In Při proudoveacutem přetiacuteženiacute odpoviacutedaly

vyacutesledky měřeniacute nastaveneacute hodnotě přetiacuteženiacute 13In Ve stavu proudoveacuteho podtiacuteženiacute zapůsobila

ochrana spraacutevně dle nastaveneacuteho poklesu proudu na 085In

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 10: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 10

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany 49

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu 49

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy 52

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu 53

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha 54

Obr 64 Štiacutetek motoru 54

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru 56

Obr 01 Plech 61

Obr 02 Kryciacute panel kurfu 62

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 63

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 11

SEZNAM TABULEK Tab 21 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX111-FBP 22

Tab 22 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX122-FBP 22

Tab 23 Typy externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů s měřenyacutem rozsahem proudu 25

Tab 24 Rozměry vyraacuteběnyacutech CEM11-FBPs udaacutevanyacutemi hodnotami svodovyacutech proudů 28

Tab 31 Ochranneacute funkce 31

Tab 32 Třiacutedy přetiacuteženiacute a čas odpojeniacute 31

Tab 33 Princip funkce logickeacuteho hradla AND 37

Tab 41 Seznam použityacutech komponent 41

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty 55

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru 57

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute 63

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 12

SEZNAM SYMBOLŮ A ZKRATEK

Zkratka Symbol Vyacuteznam Jednotka

AC Střiacutedavyacute proud (napětiacute) [A (V)]

B Magnetickaacute indukce [T]

cos φ Uacutečiniacutek [-]

DC Stejnosměrnyacute proud (napětiacute) [A (V)]

DTM Device Type Manager

FBP FieldBusPlug

H Intenzita magnetickeacuteho pole [Am]

I Aktuaacutelniacute hodnota proudu [A]

I1z Zaacuteběrnyacute proud [A]

If Procentuaacutelniacute poměr proudu []

Imax Maximaacutelniacute hodnota proudu [A]

Imin Minimaacutelniacute hodnota proudu [A]

In Jmenovityacute proud [A]

Iodp Hodnota proudu při odpojeniacute []

Ivar Varovnaacute hodnota proudu []

Ix Konec startu motoru []

Mz Zatěžovaciacute moment [Nm]

n Otaacutečky motoru [otmin]

nn Jmenoviteacute otaacutečky [otmin]

P Činnyacute vyacutekon [W]

P1 Činnyacute přiacutekon [W]

P2 Mechanickyacute vyacutekon na hřiacutedeli [W]

Pn Jmenovityacute vyacutekon [W]

Q1 Jalovyacute přiacutekon [var]

R Elektrickyacute odpor [Ω]

Rlsquo2s Celkovyacute činnyacute odpor rotoru [Ω]

R1 Odpor statoroveacuteho vinutiacute [Ω]

RFe Činnyacute odpor magnetickeacuteho obvodu [Ω]

s Skluz [-]

to Doba rozběhu [s]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 13

todp Zpožděniacute odpojeniacute [s]

TOL Thermal Overload Protection

TTC Time To Cool [s]

TTT Time To Trip [s]

tvar Zpožděniacute varovaacuteniacute [s]

U1 Vstupniacute napětiacute [V]

UMC Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter

Un Jmenoviteacute napětiacute [V]

Xrsquor20 Reaktance zabržděneacuteho rotoru [Ω]

Xm Reaktance magnetickeacuteho obvodu [Ω]

Xr1 Reaktance statoroveacuteho vinutiacute [Ω]

Φ Magnetickyacute tok [Wb]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 14

UacuteVOD

Bakalaacuteřskaacute praacutece je založena na naacutevrhu a vyacuterobě demonstračniacuteho přiacutepravku pro motorovyacute

kontroleacuter UMC100-FBP Tento přiacutepravek posloužiacute pro laboratorniacute uacutelohu v předmětu Elektrickeacute

přiacutestroje a takeacute jako prezentačniacute aparaacutet UMC100-FBP a rozšiřovaciacutech modulů pro společnost

ABB sro Finaacutelniacute zařiacutezeniacute je realizovaacuteno pro chod ochranu a diagnostiku trojfaacutezoveacuteho

asynchronniacuteho motoru Praacutece je rozdělena do několika hlavniacutech čaacutestiacute Nejprve je přibliacuteženo

UMC100-FBP Tato čaacutest všeobecně sloužiacute pro seznaacutemeniacute se s motorovyacutem kontroleacuterem jeho

zevnějškem a možnostmi Praacutece je daacutele rozšiacuteřena o přiacutedavneacute rozšiřovaciacute moduly ktereacute lze v praxi

použiacutet společně s UMC100-FBP Uvedeny jsou i informace o připojitelneacutem ovlaacutedaciacutem LCD

panelu UMC100-PAN Kapitola č3 přibliacutežiacute ochranneacute funkce nabiacutezeneacute kontroleacuterem V dalšiacute čaacutesti

je obsažen naacutevrh aparatury pro demonstraci UMC100 a jeho funkciacute podrobneacute scheacutema zapojeniacute

tohoto přiacutepravku a samotnou laboratorniacute uacutelohu na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter

UMC100

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 15

MOTOROVYacute KONTROLEacuteR 1

Efektivniacute využiacutevaacuteniacute energie v průmyslu je důležiteacute Z praxe bylo zjištěno že viacutece jak 40

elektrickeacute energie vyrobeneacute na zemi je spotřebovaacutevaacuteno praacutevě v průmyslovyacutech odvětviacutech a z toho

až 65 je spotřebovaacutevaacuteno elektrickyacutemi motory Jak již samotnyacute naacutezev napoviacutedaacute jednaacute se o

zařiacutezeniacute určeneacute předevšiacutem pro hliacutedaacuteniacute chodu asynchronniacuteho motoru Hlavniacute funkciacute motoroveacuteho

kontroleacuteru je diagnostika veličin se kteryacutemi motor pracuje Vyacutesledkem operace byacutevaacute sled

informaciacute ktereacute jsou předaacutevaacuteny obsluze nebo dispečinku Data o zkoumaneacutem motoru je možneacute

ziacuteskat buď formou integrovaneacuteho popř připojitelneacuteho zobrazovaciacuteho prvku nebo

prostřednictviacutem konektoru kteryacute komunikuje pomociacute datoveacute sběrnice s počiacutetačem V obou

přiacutepadech jsou obsluze poskytovaacutena rozsaacutehlaacute provozniacute servisniacute a diagnostickaacute data motoru

Takto ziacuteskaneacute informace umožňujiacute obsluze odhalovat chyby omezit je nebo jim dokonce

v budoucnu zabraacutenit a tiacutem i předejiacutet možneacutemu poškozeniacute motoru resp neplaacutenovaneacutemu vyacutepadku

vyacuteroby[13]

11 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP

Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP (daacutele jen UMC100) společnosti ABB sro je

zařiacutezeniacute použiacutevaneacute pro řiacutezeniacute ochranu a sledovaacuteniacute chodu trojfaacutezovyacutech asynchronniacutech motorů

UMC100-FBP je naacutestupcem staršiacuteho modelu řiacutediacuteciacute jednotky UMC22-FBP kteraacute se ve světě

využiacutevaacute v mnoha projektech Nejčastějšiacute průmyslovaacute odvětviacute použiacutevajiacuteciacute UMC22 i UMC100 jsou

např

rafinerie

technickeacute vybaveniacute elektraacuteren

těžba nerostnyacutech surovin

chemickyacute průmysl

papiacuterny

ocelaacuterny

potravinaacuteřstviacute a vyacuteroba naacutepojů

Jako naacutestupce staršiacuteho typu kontroleacuteru se použiacutevaacute již zmiacuteněnaacute UMC100 kteraacute od ochrany a

řiacutezeniacute motoru nabiacuteziacute i detekci vyacutepadku napaacutejeciacute faacuteze motoru nastavitelnou ochranu během

rozběhu nebo normaacutelniacutem provozu a mnoho dalšiacutech funkciacute ktereacute budou daacutele zmiacuteněny Použitiacute

UMC100 je diacuteky sveacute velikosti programovatelnosti a integrovaneacutemu měřiacuteciacutemu systeacutemu vhodneacute

pro modernizaci zastaralyacutech rozvaacuteděčů v již zaběhlyacutech provozech

Oficiaacutelniacute naacutezev kontroleacuteru obsahuje přiacuteponu FBP UMC100 je vybaven komunikačniacutem

rozhraniacutem pro připojeniacute do různyacutech průmyslovyacutech sběrnic siacutetiacute jako je PROFIBUS DP

DeviceNet MODBUS a CANopen To vše pomociacute skupiny produktů FieldBusPlug UMC100 je

takeacute ovšem možneacute použiacutet jako samostatneacute zařiacutezeniacute bez připojeniacute řiacutediacuteciacute sběrnice Změřeneacute

veličiny při chodu motoru (napětiacute proudhellip) jsou zpracovaacutevaacuteny v řiacutediciacutem systeacutemu samotneacuteho

kontroleacuteru kde jsou okamžitě vyhodnocovaacuteny Tato schopnost pomaacutehaacute k rychleacute detekci poruchy

a k zajištěniacute dopadů na ostatniacute zařiacutezeniacute v diagnostikovaneacute soustavě Daacutele napomaacutehaacute k řešeniacute

vhodnyacutech opatřeniacute pro přiacutepad dalšiacutech negativniacutech jevů a přiacutepadnyacutech vaacutežnyacutech poruch

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 16

12 Instalace

Samotnyacute koncept uzpůsobenyacute pro tyto aplikace naacutem zapřiacutečiňuje zkraacuteceniacute uacutesiliacute a naacutemahy při

zdlouhaveacutem vodičoveacutem propojeniacute v rozvaacuteděči jelikož veškereacute požadovaneacute ochranneacute

monitorovaciacute a řiacutediacuteciacute funkce jsou integrovaacuteny do jedineacuteho modulaacuterniacuteho zařiacutezeniacute UMC100 je

možneacute diacuteky kompaktniacutemu provedeniacute veškeryacutech jeho komponent jednoduše umiacutestit do stiacutesněnyacutech

prostor vyacutesuvnyacutech rozvaacuteděčů nebo do již použiacutevanyacutech staršiacutech zařiacutezeniacute Jednaacute se o zařiacutezeniacute a

provozy kteraacute prochaacuteziacute modernizaciacute a vyžadujiacute použitiacute noveacute technologie provozu a obohaceniacute o

noveacute způsoby řiacutezeniacute a ochran motorů od zastaralyacutech a vysloužilyacutech elektromagnetickyacutech releacute

Moderniacute motoroveacute kontroleacutery se ovšem nepoužiacutevajiacute pouze pro renovace a modernizace staršiacutech

provozů ale je samozřejmostiacute že noveacute společnosti s vysokyacutem počtem až tisiacutecem motorů saacutehnou

po technologicky vyspěleacutem ochranneacutem a monitorovaciacutem zařiacutezeniacute pro trojfaacutezoveacute asynchronniacute

motory

Montaacutež zařiacutezeniacute do rozvaacuteděče je velice jednoduchaacute Postačiacute pouze všeobecně použiacutevanaacute DIN

lišta (EN50022-35) na kterou se kontroleacuter zasadiacute nebo je možneacute upevněniacute 4 šrouby M4

Demonstrativniacute zasazeniacute na DIN lištu je předvedeno na Obr 11

Obr 11 Instalace UMC100-FBP na DIN lištu[1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 17

TECHNICKEacute VYBAVENIacute UMC100-FBP 2

21 Kompaktniacute zaacutekladniacute jednotka

Zaacutekladniacute jednotka kontroleacuteru obsahuje nejdůležitějšiacute čaacutesti jako je integrovanyacute měřiciacute systeacutem

a 2 seacuterie svorek Tyto svorky tvořiacute vstupy a vyacutestupy kontroleacuteru Jsou tvořeny 6 digitaacutelniacutemi vstupy

24V DC (spodniacute svorky) 1 integrovanyacute vstupem pro připojeniacute PTC termistoru a 4 vyacutestupy (horniacute

svorky) Tyto vyacutestupy tvořiacute 3 vyacutestupniacute releacute a 1 digitaacutelniacute tranzistorovyacute vyacutestup UMC100 takeacute

disponuje třemi LED pro signalizaci stavu technickeacuteho vybaveniacute Umožňuje tedy provoz bez

použitiacute sběrnicoveacuteho systeacutemu a daacutelkoveacute přiřazeniacute parametrů přes řiacutediciacute systeacutem Na Obr 21 je

patrneacute použitiacute konektoru M12

[2]

Obr 21 Vnějšiacute popis UMC100-FBP a s připojenyacutem UMC100-PAN

1 upevňovaciacute očka pro montaacutež 4 šrouby M4 Očka je možneacute odlomit pokud bude zařiacutezeniacute

připevněno na DIN lištu

2 konektory pro připojeniacute odporoveacuteho PTC sniacutemače

3 připojovaciacute svorky pro komunikaci s IO moduly

4 zaacutestrčka M12 pro připojeniacute konektoru FieldBusPlug

5 3 stavoveacute LED kontrolky

zelenaacute ndash motor připraven

žlutaacute ndash motor je v provozu

červenaacute ndash přetiacuteženiacute nebo porucha motoru (hlaacutešeniacute chyby)

6 připojovaciacute svorky pro releacuteoveacute vyacutestupy

(šrouby nepoužiacutevanyacutech svorek musiacute byacutet dotaženy pro zajištěniacute ochrany proti naacutehodneacutemu

vyšroubovaacuteniacute a naacutesledneacutemu kontaktu)

7 konektor pro připojeniacute ovlaacutedaciacuteho LCD panelu Control Panel UMC100-PAN

8 prvniacute dvě svorky sloužiacute pro napaacutejeciacute napětiacute 24V DC 24VDC vyacutestup a DI0 až DI0 jsou

připojovaciacute svorky pro digitaacutelniacute vyacutestupy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 18

9 znaacutezorněnaacute draacuteha proudu pro napaacutejeniacute motoru vodiči o průměru až 11mm což odpoviacutedaacute

průřezu vodiče až 25mm2

211 Stavebniacute bloky

Naacutesledujiacuteciacute scheacutema demonstruje hlavniacute funkčniacute bloky UMC100 a tok dat mezi nimi Obr 22

Hlavniacute blok (Protection) obsahuje prvky souvisejiacuteciacute s ochrannyacutemi prvky Motorovaacute ochrana maacute

vždy vyššiacute prioritu než spiacutenaacuteniacute releacuteovyacutech vyacutestupů Ochrana působiacute přiacutemo na vyacutestup releacute a může

motor zastavit Pokud selže některaacute čaacutest HW zařiacutezeniacute kontrola Hardware Supervision otevře

releacuteoveacute vyacutestupy z bezpečnostniacutech důvodů automaticky Hardware Supervision neniacute možneacute

vyřadit

Měřeniacute proudu poskytuje informace o aktuaacutelniacutem proteacutekajiacuteciacutem proudu motorem kdy zařiacutezeniacute

měřiacute proud v jednotlivyacutech faacuteziacutech a vypočte středniacute hodnotu Naacutestupce původniacuteho kontroleacuteru

UMC22 použiacutevaacute aktuaacutelniacute informace o proudu a takeacute počiacutetaacute odpoviacutedajiacuteciacute teplotu motoru pomociacute

tepelneacuteho modelu Na určiteacute definovaneacute uacuterovni skutečneacute nebo vypočiacutetaneacute teploty dojde k vypnutiacute

motoru z důvodu přetiacuteženiacute

PTC input - tento vstup sloužiacute pro připojeniacute PTC termistoru pro měřeniacute skutečneacute teploty

vinutiacute motoru

Blok (Motor control) obsahuje množstviacute řiacutediacuteciacutech funkciacute Veškereacute přiacutechoziacute přiacutekazy z hlavniacuteho

panelu z digitaacutelniacutech vstupů nebo z FBP rozhraniacute jsou seřazeny a podle nastaveniacute uživatele jsou

poteacute zpracovaacutevaacuteny Blok Starter function řiacutediacute releacuteoveacute vyacutestupy Všechny bloky pracujiacute v logickeacutem

sledu Obvykle majiacute předem definovaneacute aplikace ktereacute budou provaacutedět UMC100 ovšem nabiacuteziacute i

vytvaacuteřeniacute vlastniacutech aplikaciacute [1]

Obr 22 Zaacutekladniacute blokoveacute scheacutema UMC100-FBP a tok dat mezi hlavniacutemi čaacutestmi zařiacutezeniacute [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 19

22 Ovlaacutedaciacute panel UMC100-PAN

UMC100-PAN je LCD panel kteryacutem lze rozšiacuteřit UMC100 o zobrazovaciacute prvek Tento prvek

připojiacuteme na UMC (Obr 21 7 -Konektor pro připojeniacute ovlaacutedaciacuteho LCD panelu Control Panel

UMC100-PAN) Zmiacuteněnyacute typ LCD je možneacute připojit pouze na UMC100 jelikož neniacute

kompatibilniacute se staršiacutem typem UMC22 LCD je předevšiacutem určen pro montaacutež na čelniacutem panelu

nebo na rozvaděči Ovlaacutedaciacute panel sloužiacute k lokaacutelniacutemu zobrazeniacute všech dat Poruchy (errors) a

vyacutestrahy jsou zobrazovaacuteny v nezakoacutedovaneacute podobě Externiacute zaacutevada může byacutet doplněna

individuaacutelniacutem textem např Phase loss Veškereacute parametry je možneacute nastavovat měnit a dle

potřeby chraacutenit přiacutestupovyacutem heslem

Panel sloužiacute pro zobrazeniacute veškeryacutech uacutedajů o obvodu jako např

proud prochaacutezejiacuteciacute motorem (možneacute absolutniacute zobrazeniacute v A nebo relativniacute v )

napětiacute na jednotlivyacutech faacuteziacutech L1-L3 (při použitiacute VI150(5))

aktuaacutelniacute uacutedaje o sepnutyacutech vstupech a vyacutestupech

způsob zapojeniacute motoru-přiacutemyacute chod reverzniacute chodhellip

Při vyacuteskytu přetiacuteženiacute dojde k vybaveniacute ochrany Na LCD je možneacute sledovat časovyacute odpočet

kteryacute zbyacutevaacute do dalšiacuteho možneacuteho uvedeniacute motoru do chodu po vychladnutiacute Po uplynutiacute tohoto

časoveacuteho uacuteseku může byacutet motor opět spuštěn [1]

Obr 23 Popis UMC100-PAN

1 3 stavoveacute LED

zelenaacute ndash zařiacutezeniacute připraveno

žlutaacute ndash zařiacutezeniacute v chodu

červenaacute ndash hlaacutešeniacute poruchy

2 podsviacutecenyacute LCD display

3 vstup do menu ovlaacutedaacuteniacute (Enter Control Menu)

4 vstup do menu nastaveniacute (Enter Configuration Menu)

5 posun nahoru

6 stop motoru

7 posun dolů

8 start motoru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 20

23 Napěťovyacute a rozšiřovaciacute modul

Napěťovyacute VI15x a rozšiřovaciacute (vstupně vyacutestupniacute) modul DX1xx sloužiacute pro možneacute rozšiacuteřeniacute

UMC o dalšiacute vstupy a vyacutestupy v přiacutepadě modulu DX a o měřeniacute napětiacute pomociacute modulu VI

231 Nastaveniacute komunikace

Při použitiacute rozšiřovaciacutech modulů je nejprve nutno pomociacute UMC100-PAN nastavit jejich

připojeniacute Nastaveniacute a uvedeniacute do chodu je provedeno naacutesledujiacuteciacutem způsobem

V hlavniacutem menu (ovlaacutedaacuteniacute pomociacute LCD) vybereme položku IO modules a volbu potvrdiacuteme

přiacuteslušnyacutem tlačiacutetkem Tlačiacutetky Nahoru nebo Dolů vybereme požadovanyacute modul kteryacute chceme

propojit s kontroleacuterem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on [1]

Nastaveniacutem na bdquoonldquo uvedeme moduly do provozu Funkce napěťoveacuteho modulu (VI15x) je

ověřitelnaacute jednoduchyacutem způsobem Pokud nejsou připojeny napaacutejeciacute faacuteze na svorky L1L2 a L3

modulu zařiacutezeniacute hlaacutesiacute chybu z důvodu ochrany při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze [4] [5]

232 VI15x- FBP

VI15x je přiacutedavnyacute napěťovyacute modul sloužiacuteciacute pro měřeniacute sdruženeacuteho popř faacutezoveacuteho napětiacute

motoru Z hodnot proudu měřenyacutech UMC a napětiacute pomociacute VI15x je možno vyhodnotit faacutezovyacute

posuv mezi napětiacutem a proudem Naměřeneacute hodnoty putujiacute skrze komunikačniacute kanaacutel směrem k

UMC100 K propojeniacute s UMC100 sloužiacute piny s označeniacutem Ca a Cb Daacutele modul obsahuje svorky

pro připojeniacute jednotlivyacutech faacutezovyacutech vodičů L1L2 a L3 Pro spraacutevnyacute sled faacuteziacute a jeho detekci musiacute

byacutet dodrženo spraacutevneacute zapojeniacute vzhledem k proudům měřenyacutem v UMC VI150 sloužiacute pro

připojeniacute pouze do uzemněneacute soustavy ( TN-C nebo TN-S) Modul VI155 lze naopak použiacutet jak

pro uzemněneacute soustavy (TN) tak i pro neuzemněneacute (IT) Oba typy sloužiacute k upevněniacute na DIN

lištu [1] [3]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 21

2321 Vnitřniacute struktura VI150-FBP

Obraacutezek přibližuje vnitřniacute strukturu použiteacuteho napěťoveacuteho modulu VI150

Obr 24 Struktura napěťoveacuteho modulu VI150 [3]

Obr 25 Vnějšiacute popis modulu VI150 pro UMC100-FBP

1 konektory pro komunikaci s UMC100 a pro komunikaci s rozšiřovaciacutemi moduly DX111-

FBP a DX122-FBP

2 napěťoveacute vstupy

3 releacuteovyacute vyacutestup

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 22

4 svorky pro připojeniacute napaacutejeciacuteho napětiacute 24VDC

5 3 stavoveacute LED

zelenaacute - zařiacutezeniacute připraveno

žlutaacute - varovaacuteniacute

červenaacute - porucha zařiacutezeniacute

6 popisovyacute štiacutetek

233 DX111-FBP

Modulaacuterniacute zařiacutezeniacute umožňujiacuteciacute rozšiacuteřeniacute UMC100 o dalšiacute pomocneacute vstupy a vyacutestupy

použitelneacute pro různaacute hlaacutešeniacute a vyacutestrahy Digitaacutelniacute vstupy jsou potenciaacuteloveacute s napětiacutem 24V DC

Proto je nutneacute pro ovlaacutedaciacute obvody dodržet napětiacute 24V DC nebo bezpotenciaacuteloveacute kontakty (tj

releacute) připojeneacute ze svorky +24V

Rozšiřovaciacute modul DX111-FBP nabiacuteziacute množstviacute vstupů a vyacutestupů uvedenyacutech v (Tab 21)

Vstupy 8 digitaacutelniacutech vstupů 24V DC

Vyacutestupy 4 releacuteoveacute vyacutestupy

1 analogovyacute vyacutestup

Vstupniacute napětiacute 24V DC

Vstupniacute proud 60 mA

Logickaacute 0 -312hellip+5V DC

helliphelliphelliphellipcv1 +15hellip+312V DC

Tab 21 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX111-FBP [1]

234 DX122-FBP

Multifunkčniacute modul DX122-FBP maacute srovnatelneacute vlastnosti jako předešlaacute DX111 ovšem

rozdiacutel je v tom že DX122 nabiacuteziacute osm digitaacutelniacutech vstupů pro napětiacute 110V až 230V AC

Vstupy 8 digitaacutelniacutech vstupů 110-230V AC

Vyacutestupy 4 releacuteoveacute vyacutestupy

1 analogovyacute vyacutestup

Vstupniacute napětiacute 110V AChellip 240V AC

Vstupniacute proud 60 mA

Logickaacute 0 0hellip 40V AC

helliphelliphelliphelliphellip 1 74hellip 265V AC

Tab 22 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX122-FBP [1]

Pomocnyacute rozšiřovaciacute modul se k UMC100 připojiacute na svorky Ca a Cb patrneacute na (Obr 21)

Připojeniacute lze proveacutest prostou kroucenou dvoulinkou Vzhledem k omezenyacutem prostoraacutem

rozvaacuteděčů kam je UMC100 instalovaacuteno je možneacute připojit rozšiřovaciacute modul odděleně od

kontroleacuteru a to až do vzdaacutelenosti maximaacutelniacute deacutelky 3m [1] [5]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 23

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezek (Obr 26) opět popisuje svorky a monitorovaciacute prvky DX122

Obr 26 Vnějšiacute popis IO modulu DX122-FBP pro UMC100-FBP

1 releacuteoveacute vyacutestupy (čaacutest 1)

2 releacuteoveacute vyacutestupy (čaacutest 2)

3 analogovyacute vyacutestup

4 komunikačniacute port s UMC

5 popisovyacute štiacutetek

6 digitaacutelniacute vstupy (110V AC- 230V AC)

7 3 stavoveacute LED

zelenaacute ndash zařiacutezeniacute v provozu

žlutaacute ndash vyacutestraha

červenaacute ndash porucha modulu

8 svorky pro napaacutejeniacute 24 V DC

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 24

24 Proudovyacute měřiacuteciacute transformaacutetor

Proudoveacute měřiacuteciacute transformaacutetory sloužiacute pro měřeniacute většiacutech hodnot střiacutedavyacutech proudů než je

dovoleno měřiacuteciacutem přiacutestrojem a takeacute ke galvanickeacutemu odděleniacute vedeniacute od měřiacuteciacuteho přiacutestroje

Funkce je založena na principu elektromagnetickeacute indukce Primaacuterniacute vinutiacute je tvořeno silovyacutem

vodičem měřeneacuteho vedeniacute Průchodem proudu primaacuterniacutem vedeniacutem se v magnetickeacutem obvodu

(jaacutedru) vytvaacuteřiacute magnetickyacute tok Φ a na zaacutekladě Faradayova zaacutekona elektromagnetickeacute indukce se

v sekundaacuterniacutem vinutiacute indukuje napětiacute Na sekundaacuterniacute vinutiacute je připojena měřiacuteciacute soustava

Obr 27 Magnetizačniacute charakteristika feromagnetickeacuteho materiaacutelu

Z průběhu magnetizačniacute charakteristiky feromagnetickeacuteho materiaacutelu (zaacutevislosti magnetickeacute

indukce na intenzitě magnetickeacuteho pole ) je patrnyacute stav kdy dojde k nasyceniacute magnetickeacuteho

obvodu transformaacutetoru Při nasyceniacute dochaacuteziacute ke změně vlastnostiacute feromagnetickeacuteho materiaacutelu

a křivka se od lineaacuterniacuteho průběhu odklaacuteniacute (tzv koleno magnetizačniacute křivky)

Obr 28 Měřiacuteciacute transformaacutetor proudu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 25

241 Externiacute proudovyacute transformaacutetor CTs

Externiacute přiacutestrojovyacute transformaacutetor proudu (daacutele jen PTP) se použiacutevaacute v přiacutepadě je-li jmenovityacute

proud motoru vyššiacute než 63A tzn sloužiacute k přizpůsobeniacute proudoveacuteho rozsahu na hodnotu kterou

je schopno UMC změřit UMC100 je schopneacute pracovat pomociacute sveacuteho vnitřniacuteho transformaacutetoru

proudu s proudem 024A až 63A Použitiacutem externiacuteho proudoveacuteho transformaacutetoru je možneacute měřit

až do hodnoty 850A PTP k UMC100 majiacute převod 1854 3104 5004 a 8504 Sekundaacuterniacutemu

vinutiacute odpoviacutedajiacute 4A což uvaacutediacute popis jednotlivyacutech typů proudovyacutech transformaacutetorů uvedenyacutech v

Tab 23 (čiacuteslo uvedeneacute za lomiacutetkem) např CTxLxxxR4 PTP maacute definovanou třiacutedu přesnosti

3 v celeacutem rozsahu měřeneacuteho proudu K nasyceniacute magnetickeacuteho obvodu transformaacutetoru dochaacuteziacute

přibližně při osminaacutesobku jmenoviteacuteho proudu In Transformaacutetor je navržen s třiacutedou přesnosti

5P10 to znamenaacute že je deklarovaacutena průměrnaacute chyba menšiacute než 5 při 10 naacutesobku jmenoviteacute

hodnoty proudu

Typ Rozsah měřeneacuteho proudu

[A] Max proud CT

[A]

CT4L185R4 60 až 185 1480

CT4L310R4 180 až 310 2480

CT5L500R4 300 až 500 4000

CT5L850R4 500 až 850 6800

Tab 23 Typy externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů s měřenyacutem rozsahem proudu [1]

Přiacuteklad zvoleniacute přiacuteslušneacuteho proudoveacuteho transformaacutetoru

Maacuteme-li asynchronniacute motor se jmenovityacutem proudem napřiacuteklad In =190 A a rozběhovyacutem proudem

pak

(241)

Podle jmenoviteacuteho proudu motoru In ležiacuteciacuteho v rozsahu měřeneacuteho proudu přiacuteslušneacuteho CT

určiacuteme typ CT Nachaacuteziacute-li se jmenovityacute proud na mezi některeacuteho z měřenyacutech rozsahů CT voliacute se

takovyacute transformaacutetor kteryacute maacute většiacute hodnotu maximaacutelniacuteho proudu než vyacuteslednyacute proud

vypočtenyacute Pro přiacutepad kdy In = 190 A je zvolenyacute typ CT4L310R4 Maximaacutelniacute proud Imax splňuje

požadavek kdy Imax lt max proud CT [1]

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezky představujiacute konstrukce externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 26

Obr 29 Konstrukce CT4L185R4 a CT4L310R4 [3]

Obr 210 Konstrukce CT5L500R4 a CT5L850R4 [3]

Zapojeniacute svorkovnice proudoveacuteho transformaacutetoru CTxLxxxR4 a propojeniacute s integrovanyacutem

proudovyacutem transformaacutetorem UMC100 Na Obr 211 je takeacute ukaacutezka zapojeniacute měřiacuteciacuteho modulu

VI150 na přiacutevodniacutech faacuteziacutech motoru a dodrženyacutem spraacutevnyacutem sledem faacutezovyacutech vodičů

Obr 211 UMC100-FBP s CT a VI150 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 27

Obecně platiacute že vyacutevody sekundaacuterniacuteho vinutiacute měřiacuteciacuteho transformaacutetoru proudu jsou buď

zapojeny na zaacutetěž nebo jsou propojeny do zkratu a jeden z vyacutevodů je uzemněn Princip je patrnyacute

z Obr 212 V praxi dochaacuteziacute k několika chybaacutem způsobenyacutech neznalostiacute problematiky Jednou

může byacutet neuzemněniacute jedneacute ze svorek sekundaacuterniacuteho vinutiacute Pak vznikaacute kapacitniacute vazba a

sekundaacuterniacute vinutiacute v nepřiacutezniveacutem přiacutepadě může vysokyacutem napětiacutem termionicky působit - jiskřit na

kostru Při delšiacutem trvaacuteniacute jiskřiveacuteho vyacuteboje v jednom miacutestě se mohou vytvořit vodiveacute cesty a dojiacutet

k průrazu izolace vodiče k nežaacutedouciacutemu potenciaacutelu [8]

Obr 212 Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů proudu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 28

25 Monitorovaciacute zařiacutezeniacute zemniacuteho spojeniacute CEM11-FBP

Monitorovaciacute zařiacutezeniacute CEM11 sloužiacute pro sledovaacuteniacute svodovyacutech proudů respektive zemniacutech

poruch způsobenyacutech nejčastěji poškozenou izolaciacute Detekovaacuteniacute takoveacuteto zemniacute poruchy vede

k odpojeniacute motoru aby nedošlo k jeho většiacutemu poškozeniacute nebo vede k upozorněniacute obsluhy

Možneacute použitiacute je jak v siacutetiacutech uzemněnyacutech tak i neuzemněnyacutech

Průvlečneacute oko je tvořeno toroidniacutem transformaacutetorem kteryacutem jsou vedeny všechny 3 faacutezoveacute

vodiče motoru Zařiacutezeniacute hliacutedaacute to aby součet faacutezorů proudů byl nulovyacute Jakmile dojde k zemniacutemu

spojeniacute tzn součet faacutezorů proudů je nenulovyacute integrovanaacute elektronika CEM11 sepne nebo

rozepne vyacutestup Vyacutestup z CEM11 pracuje jako kontakt kteryacute detekovanou hodnotou proudu

sepne nebo rozepne 24V DC jenž poteacute může byacutet připojeno jako např digitaacutelniacute vstup do UMC

Nastaveniacute zpožděniacute sepnutiacute varovaacuteniacute nebo odpojeniacute lze zvolit v UMC a to v rozsahu od 01s ndash

255s Nastaveniacute citlivosti spiacutenaacuteniacute je možneacute v několika krociacutech Poloha přepiacutenače (0-7) s toleranciacute

na pozici 0 cca plusmn30 a daacutele vždy s toleranciacute cca plusmn10

CEM11 je možneacute uložit spolu s ostatniacutemi komponenty na DIN lištu normovaneacuteho rozměru

35mm nebo pomociacute přiacutedavneacuteho klipu pro nejmenšiacute rozměr CEM11-FBP20 [1]

Průměr průvlečneacuteho

oka [mm]

Proudovyacute rozsah

[mA]

20 80 - 1700

35 100 - 3400

60 120 - 6800

120 240 - 13600

Tab 24 Rozměry vyraacuteběnyacutech CEM11-FBPs udaacutevanyacutemi hodnotami svodovyacutech proudů

Obr 213 Zapojeniacute CEM11-FBP do obvodu [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 29

26 Napaacutejeciacute zdroj

Pro napaacutejeniacute modulů UMC100 DX122 a VI150 sloužiacute zdroj typu CP-D 2413 Jednaacute se o

napaacutejeciacute zdroj kteryacute na sveacutem vyacutestupu dovoluje regulaci napětiacute 24-28V DC s toleranciacute plusmn 1

Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute je umožněna z důvodu připojeniacute modulů na dlouheacute vedeniacute kde

vznikajiacute uacutebytky napětiacute praacutevě vlivem deacutelky vedeniacute Zpravidla klesne-li na vedeniacute napětiacute od

jednoho zdroje na ktereacutem je nastaveno maximaacutelniacute vyacutestupniacute napětiacute pod minimaacutelniacute hodnotu

potřebnou pro napaacutejeniacute modulu je nutneacute použiacutet dalšiacute napaacutejeciacute zdroj Maximaacutelniacute proud zdroje je

Imax = 13A a jmenovityacute vyacutestupniacute vyacutekon 30W Tento typ zdroje je diacuteky svyacutem modulaacuterniacutem

rozměrům možneacute umiacutestit na DIN lištu (EN50022-35) [6]

Naacutesledujiacuteciacute zatěžovaciacute charakteristika znaacutezorňuje zaacutevislost svorkoveacuteho napětiacute zdroje na

odebiacuteraneacutem proudu pro teplotu T=25degC

Obr 214 Zatěžovaciacute charakteristika zdroje CP-D 2413[6]

Obr 215 Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 30

27 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

Tento modul poskytuje komunikaci pro FieldBusPlug zařiacutezeniacute jako je např UMC100

s počiacutetačem prostřednictviacutem siacutetě Ethernet K MTQ22 lze připojit až 4 zařiacutezeniacute pro uacutesporu

naacutekladů Naacutesledujiacuteciacute popis je vztažen k Obr 216 kde jsou znaacutezorněny jednotliveacute čaacutesti modulu

1 konektory s označeniacutem X1 až X4 sloužiacute pro připojeniacute až 4 zařiacutezeniacute FBP

2 LED diody pro signalizaci aktuaacutelniacuteho stavu komunikace

3 micro USB konektor s označeniacutem X5 pro připojeniacute a konfiguraci pomociacute PC

4 dvě RJ45 zaacutesuvky s označeniacutem E1 a E2 pro připojeniacute pomociacute Ethernetoveacuteho kabelu

5 konektor pro připojeniacute 24V DC napaacutejeciacuteho napětiacute nese označeniacute X6

Obr 216 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 31

OCHRANNEacute FUNKCE 3Kontroleacuter nabiacuteziacute velkeacute množstviacute ochrannyacutech funkciacute potřebnyacutech pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacuteho chodu

motoru Některeacute funkce jsou aktivniacute pouze po čaacutest běhu motoru typicky při startu motoru jineacute

po jeho rozběhu Naacutesledujiacuteciacute tabulka (Tab 31) nastiacuteniacute přehled nejdůležitějšiacutech ochran motoru a

čas kdy jsou aktivovaacuteny

Ochrannaacute funkce Aktivniacute

Při tepelneacutem přetiacuteženiacute Vždy

Při zablokovaneacutem rotoru Při startu motoru

Při proudoveacutem přetiacuteženiacute Po startu

Při proudoveacutem podtiacuteženiacute Po startu

Sled faacuteziacute Vždy

Při faacutezoveacute nesymetrii Vždy

Při ztraacutetě faacuteze Vždy

PTC ochrana Vždy

Při zemniacutem spojeniacute Vždy po spuštěniacute

Při napěťovyacutech špičkaacutech Vždy

Při harmonickeacutem zkresleniacute Vždy

Tab 31 Ochranneacute funkce [1]

Nastaveniacute parametrů jednotlivyacutech ochran probiacutehaacute pomociacute UMC100-PAN

31 Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute

UMC100 disponuje nastavitelnyacutem vypiacutenaacuteniacutem při tepelneacutem přetiacuteženiacute podle třiacuted 5E 10E 20E

30E a 40E viz Obr 31 Tyto třiacutedy uvaacutedějiacute poměr mezi aktuaacutelniacutem prochaacutezejiacuteciacutem proudem

motorem I a jmenovityacutem proudem motoru In uvedenyacutem na štiacutetku v zaacutevislosti na maximaacutelniacute době

rozběhu t

Třiacuteda 5E 10E 20E 30E 40E

t [s] 15 3 6 3 12

Tab 32 Třiacutedy přetiacuteženiacute a čas odpojeniacute

Lze hovořit o dvou typech rozběhu motoru

1 normaacutelniacute rozběh - do 10s

2 těžkyacute rozběh - viacutece jak 10s

Při rozběhu zatiacuteženeacuteho motoru se otaacutečky zvyšujiacute z nuloveacute hodnoty na jmenovitou přičemž

dochaacuteziacute k naacuterůstu proudu až na několikanaacutesobek jeho jmenoviteacute hodnoty Zpravidla u většiacutech

motorů byacutevaacute naacuterůst až 10In tudiacutež v tento bdquokritickyacuteldquo okamžik nesmiacute vybavit ochrana na tepelneacute

přetiacuteženiacute Rozběh motoru pro UMC končiacute při poklesu proudu I na hodnotu 135 proudu

jmenoviteacuteho In nebo při dosaženiacute jmenovityacutech otaacuteček nn Udaacutevaneacute časy představuje Tab 32

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 32

311 Určeniacute teploty vinutiacute a vypiacutenaciacute třiacutedy

Podle způsobu určeniacute teploty vinutiacute motoru se ochrany rozlišujiacute na proudově nezaacutevisleacute a

proudově zaacutevisleacute

Proudově nezaacutevisleacute ochrany měřiacute přiacutemo teplotu ve vinutiacute motoru pomociacute vhodneacuteho čidla

teploty zpravidla termistoru Tiacutemto způsobem lze zjistit nedovoleneacute otepleniacute způsobeneacute např

poruchou cirkulace vzduchu kterou proudově zaacutevislaacute ochrana neniacute schopna vyhodnotit

Proudově zaacutevisleacute ochrany vyhodnocujiacute teplotu vinutiacute motoru nepřiacutemo a to prostřednictviacutem

vyacutepočtoveacuteho modelu z provozniacuteho proudu motoru Zvyacutešeniacute provozniacuteho proudu motoru maacute za

naacutesledek otepleniacute ktereacute vede trvaacute-li delšiacute dobu k poškozeniacute nebo zničeniacute motoru Ochrana při

tepelneacutem přetiacuteženiacute ndash TOL chraacuteniacute motor před přehřaacutetiacutem Tepelnyacute model je vypočiacutetaacutevaacuten za chodu i

v klidu motoru a z těchto stavů se pak zjistiacute tepelnaacute kapacita Znalost teacuteto hodnoty vede

k maximalizaci produktivity Funkčnost tepleneacuteho modelu je v souladu s normou

Při použitiacute motoru pro cyklickeacute operace dochaacuteziacute ke schodoviteacutemu zvyšovaacuteniacute teploty motoru Je

zapotřebiacute volit spraacutevnyacute čas intervalu mezi cykly aby nedochaacutezelo k přehřaacutetiacute a zbytečneacutemu

poškozeniacute izolace vinutiacute motoru

Funkce Thermal load (tzv tepelnaacute zaacutetěž) hliacutedaacute poměr aktuaacutelniacuteho prochaacutezejiacuteciacuteho proudu I a

jmenoviteacuteho proudu In motoru Jakmile poměr IIn přesaacutehne 100 začiacutenaacute odpočet TTT a motor

bude odpojen po uplynutiacute nastaveneacute periody Možnost opětovneacuteho spuštěniacute přetiacuteženeacuteho motoru

proběhne po jeho vychladnutiacute To je možneacute nastavit dvěma způsoby [1]

1 Ručně nastavenou periodou během ktereacute je motor blokovaacuten proti spuštěniacute

(ovlivňovaacuteno velikostiacute motoru teplotou prostřediacute kde je motor použit zda je vybaven

ventilaacutetorem či neniacute apod)

2 Nastaveniacutem procentuaacutelniacute hodnoty tepelneacute kapacity do ktereacute nebude moci obsluha

motor spustit (při nastaveniacute 50 nedojde k odblokovaacuteniacute ochrany pokud neklesne

tepelnaacute kapacita pod zadanou hodnotu)

Určeniacute vypiacutenaciacute třiacutedy je představeno na naacutesledujiacuteciacutem přiacutekladu

Maacuteme-li trojfaacutezovyacute asynchronniacute motor o vyacutekonu 22kW poměr IIn = 5 a maximaacutelniacute dobu

rozběhu to = 10s Z přiloženeacuteho grafu vypiacutenaciacutech třiacuted pro studenyacute motor určiacuteme požadovanou

třiacutedu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 33

Obr 31 Vypiacutenaciacute třiacutedy pro UMC100-FBP[1]

Z vyacutesledku je patrneacute že motor budeme vypiacutenat proti přetiacuteženiacute podle třiacutedy 5E jelikož křivka

pro 5E je pod maximaacutelniacute dobou rozběhu to = 10s Pokud by došlo ke zvoleniacute např třiacutedy 10E

hrozilo by poškozeniacute motoru jelikož by na motor působilo přetiacuteženiacute delšiacute dobu než je tomu

dovoleno [10]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 34

32 Ochrana při zablokovaneacutem rotoru

V okamžiku připojeniacute motoru na napaacutejeciacute siacuteť se rotor neotaacutečiacute (n = 0 s = 1) Motor je ve

stavu nakraacutetko a jeho proud je omezen pouze ohmickyacutemi odpory a rozptylovyacutemi reaktancemi

vinutiacute Zaacuteběrnyacute proud I1z dosahuje většinou 4 až 10 x většiacutech hodnot než proud jmenovityacute In

Určit velikost tohoto proudu je možneacute ze vztahu 321

radic

kde

U1 - Vstupniacute napětiacute

R1 - Odpor primaacuterniacuteho vinutiacute

Xr1 - Reaktance statoroveacuteho vinutiacute

Xrsquor20 - Reaktance zabrzděneacuteho rotoru

Rlsquo2s - Celkovyacute činnyacute odpor rotoru

RFe - Činnyacute odpor magnetickeacuteho obvodu

Xm - Reaktance magnetickeacuteho obvodu

I1z - Zaacuteběrnyacute proud

Obr 32 Obvodovyacute model asynchronniacuteho motoru pro jednu faacutezi statoroveacuteho vinutiacute ndash nakraacutetko

Velkyacute zatěžovaciacute moment Mz nebo mechanickaacute porucha může zapřiacutečinit zablokovaacuteniacute rotoru

Ochrannaacute funkce detekuje dlouhou počaacutetečniacute situaci kteraacute je praacutevě důsledkem zmiacuteněnyacutech přiacutečin

UMC100 tiacutemto odpojiacute motor od napaacutejeniacute čiacutemž ho ochraacuteniacute od nadměrneacuteho tepelneacuteho namaacutehaacuteniacute

V uživatelskeacutem prostřediacute je možneacute individuaacutelně nastavit jak maximaacutelniacute proud tak i čas po

ktereacutem dojde k odpojeniacute zablokovaneacuteho motoru Pro experimentaacutelniacute použitiacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy je nastavena hodnota poměru pro odpočet a naacutesledneacute odpojeniacute IIn na 300 [1] [9]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 35

33 Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute zabezpečiacute odpojeniacute motoru vyskytne-li se v obvodu většiacute

hodnota proudu než nastavenaacute jmenovitaacute In Bliacuteže tuto funkci představiacute přiloženyacute průběh Funkce

je aktivniacute až po roztočeniacute motoru v okamžiku rozběhu je neaktivniacute

Princip ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Do okamžiku T1 od zapnutiacute klesne zaacuteběrnyacute proud na hodnotu cca Ix = 135 In V časoveacutem

uacuteseku T1 až T2 dochaacuteziacute k naacuterůstu prochaacutezejiacuteciacuteho proudu motorem V okamžiku T2 překročiacute

proud hodnotu Ivar Tiacutemto okamžikem začne odpočet nastaveneacute doby zpožděniacute tvar kteraacute po

uplynutiacute sepne signalizaci varovaacuteniacute nadproudoveacuteho přetiacuteženiacute Odpočet doby tvar narůstaacute je-li

proud motorem I gt Ivar Jakmile proud I ge Iodp dochaacuteziacute k sepnutiacute čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute todp

Platiacute-li podmiacutenka I ge Iodp a dojde k načteniacute hodnoty todp UMC100 odpojiacute motor od napaacutejeniacute a tiacutem

zabraacuteniacute jeho poškozeniacute

Obr 33 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu přetiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash dosaženiacute vysokeacute proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash dosaženiacute hodnoty proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

34 Ochrana při proudoveacutem podtiacuteženiacute

Jakmile hodnota (činneacuteho) proudu klesne pod nastavenou uacuteroveň kteraacute je pro danyacute proces

typickaacute dojde v UMC100 k vybaveniacute ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a motor odpojiacute od

napaacutejeniacute Tato ochrana se předevšiacutem využiacutevaacute pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacute funkce čerpadla když detekuje

ztraacutetu jeho saacuteniacute či pro paacutesoveacute dopravniacuteky ve vyacuterobniacutech provozech Včasneacute varovaacuteniacute a odpojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 36

motoru snižuje zejmeacutena prostoje vyacuteroby Princip varovaacuteniacute a odpojeniacute je představen na

naacutesledujiacuteciacutem průběhu jak tomu bylo u ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Princip ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute zobrazeneacuteho průběhu

Po poklesu aktuaacutelniacuteho proudu v okamžiku T1 motor normaacutelně běžiacute V časoveacutem uacuteseku T1 až

T2 dochaacuteziacute k poklesu proudu pod jmenovitou hodnotu In až na nastavenou hodnotu Ivar Při

dosaženiacute teacuteto hodnoty začne odpočet varovaacuteniacute proudoveacuteho podtiacuteženiacute Nepřesaacutehne-li proud za

dobu kratšiacute než tvar mez Ivar (tzn nevzroste-li se zpět k In) dojde ke spuštěniacute signalizace

proudoveacuteho podtiacuteženiacute Při pokračujiacuteciacutem poklesu proudu jak je patrneacute v časoveacutem intervalu T2-T3

až na mez Iodp dojde k čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute Při překročeniacute nastaveneacute doby todp a za

podmiacutenky že proud I le Iodp UMC100 motor odpojiacute od napaacutejeciacute siacutetě

Obr 34 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash niacutezkaacute proudovaacute uacuteroveň kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash hodnota proudu kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

Popis funkce ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute blokoveacuteho scheacutematu

Signaacutel Istart představuje hodnotu proudu po startu motoru- log 1(tzn Signalizace motoru v

chodu) Tento signaacutel tvořiacute vstup logickeacuteho hradla AND (1) Funkci tohoto hradla znaacutezorňuje

přiloženaacute tabulka Tab 33 Druhyacute vstup signalizuje aktuaacutelniacute hodnotu proudu kteraacute motorem

proteacutekaacute Je-li proud IltIvar detekuje hradlo AND druhou logickou jedničku a hradlo vybaviacute podle

přiloženeacute tabulky Tento signaacutel z hradla aktivuje časovač zpožděniacute varovaacuteniacute Po uplynutiacute

nastaveneacuteho časoveacuteho uacuteseku signalizuje podtiacuteženiacute Dochaacuteziacute-li staacutele k poklesu proudu až do

uacuterovně kdy IltIodp pak na druheacutem logickeacutem hradle AND (2) budou na vstupu log 1 Sepne

čiacutetaacuteniacute zpožděniacute vypnutiacute a po uplynutiacute doby UMC motor vypne

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 37

Obr 35 Blokoveacute scheacutema ochrany proti proudoveacutemu podtiacuteženiacute [1]

Vstup Vyacutestup

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

Tab 33 Princip funkce logickeacuteho hradla AND

341 Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek

Při chodu asynchronniacuteho motoru odebiacuteraacute stroj ze siacutetě jalovyacute proud kteryacute je potřebnyacute pro

vytvořeniacute magnetizace hlavniacuteho magnetickeacuteho obvodu Tento tzv magnetizačniacute proud je

nezaacutevislyacute na zatiacuteženiacute stroje Uplatněniacute nalezne zejmeacutena při chodu napraacutezdno a maleacutem zatiacuteženiacute

kdy je uacutečiniacutek motoru niacutezkyacute Motor maacute tedy nejleacutepe pracovat při plneacutem zatiacuteženiacute[11]

Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek jsou důležiteacute parametry pro detekovaacuteniacute niacutezkeacute zaacutetěže nebo situace bez

zaacutetěže např uzavřenyacute ventil Pomociacute napěťoveacuteho modulu VI15x a UMC je měřeno sdruženeacute

(faacutezoveacute) napětiacute faacutezovyacute proud čili i faacutezovyacute posuv mezi proudem a napětiacutem - cos φ Pomociacute těchto

parametrů je UMC schopneacute analogicky spočiacutetat hodnotu činneacuteho přiacutekonu

radic

Poklesne-li poteacute činnyacute přiacutekon pod nastavenou procentuaacutelniacute hodnotu P (př 85 Pn) motor vypne

tj bude-li PPn le 085

Experimentaacutelniacutem měřeniacutem v raacutemci laboratorniacute uacutelohy byla pomociacute přiacutestroje Yokogawa WT1800

změřena zaacutevislost uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute motoru Z vyacutesledneacuteho grafu (Obr 37) je

patrneacute že se snižovaacuteniacutem zatiacuteženiacute rotoru klesaacute velikost uacutečiniacuteku Naměřeneacute hodnoty pro konstrukci

grafu jsou uvedeny v přiacuteloze

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 38

Obr 36 Charakteristiky asynchronniacuteho motoru při zatiacuteženiacute [11]

Obr 37 Graf zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti P2

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

01

02

03

04

05

06

07

08

09

0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000

P1 [

W]

cos

ϕ [

-]

P2 [W]

P2 P1 Q1

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 39

35 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

Princip ochrany

Je-li poměr nejnižšiacuteho proudu (Imin) a nejvyššiacuteho proudu (Imax) ve faacuteziacutech nad nastavenou

uacuterovniacute pro varovaacuteniacute sepne signalizace ztraacutety faacuteze Jakmile ovšem tento poměr překročiacute

nastavenou hodnotu pro odpojeniacute motoru sepne zpožděniacute vypnutiacute a podle nastaveneacute třiacutedy

přetiacuteženiacute motor po uplynutiacute časoveacuteho intervalu odpojiacute

Funkce faacutezoveacute nesymetrie je aktivniacute pouze tehdy je-li proud ve všech třech faacuteziacutech gt 25 In

(jmenoviteacuteho proudu) [1]

Naacutesledujiacuteciacute rovnice představuje vyacutepočet procentuaacutelniacuteho poměru proudu pro vypnutiacute motoru při

uacuteplneacute ztraacutetě faacuteze

(

)

36 Ochrana sledu faacuteziacute

Ochrana sledu faacuteziacute hliacutedaacute zejmeacutena spraacutevnyacute směr otaacutečeniacute motoru Důležiteacute pro použitiacute teacuteto

ochrany je miacutesto zapojeniacute napěťoveacuteho modulu VI15x Pokud by byl modul zapojen za stykači

nastala by chyba při reverzniacutem zapojeniacute Na stykačiacutech dochaacuteziacute zapojeniacutem k zaacuteměně dvou

faacutezovyacutech vodičů a tiacutem i změně směru otaacutečeniacute motoru UMC s pomociacute VI150 vyhodnotiacute situaci

jako chybovou a vypne motor Napěťovyacute modul se tedy zpravidla umiacutesťuje hned za hlavniacute jistiacuteciacute

prvek viz Obr 44

37 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Jedno z největšiacutech nebezpečiacute pro motor představuje ztraacuteta jedneacute napaacutejeciacute faacuteze Chod na 2

napaacutejeciacute faacuteze zatěžuje motor na tepelneacute uacutečinky proudu vlivem zvyacutešeniacute proudu ve zbylyacutech 2

faacuteziacutech UMC100 v tomto přiacutepadě vypiacutenaacute motor podle předem stanovenyacutech časovyacutech intervalů

Intervaly vypnutiacute jsou stejneacute jako pro ochranu proti proudoveacutemu přetiacuteženiacute (Tab 32) a

odpoviacutedajiacute nastaveneacute třiacutedě přetiacuteženiacute Tuto ochranu dřiacuteve zajišťovalo tepelneacute releacute ktereacute v tomto

přiacutepadě nemusiacute byacutet použito

38 PTC ochrana

381 Termistor

Termistor je polovodičovyacute nelineaacuterniacute dvojpoacutel jehož odpor se měniacute v zaacutevislosti na teplotě

prostřediacute ve ktereacutem pracuje Jeho vyacutehodou je že velmi rychle a citlivě reaguje na změnu teploty

Rozlišujeme zpravidla 2 druhy termistorů

1 NTC (Negative Temperature Coefficient) - termistor se zaacutepornyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou klesaacute jeho odpor (roste elektrickaacute vodivost a proud)

2 PTC (Positive Temperature Coefficient) ndash termistor s kladnyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou jeho odpor roste

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 40

Obr 38 Zaacutevislost odporu termistoru na teplotě

Použitiacute termistorů

NTC termistory se použiacutevajiacute zpravidla k měřeniacute teploty PTC se nejčastěji využiacutevaacute

v kuchyňskyacutech spotřebičiacutech kde je požadovaacutena konstantniacute teplota v termostatech a pro hliacutedaacuteniacute

teploty vinutiacute motorů

382 Princip PTC ochrany v UMC

Ochrana obecně spadaacute do skupiny proudově nezaacutevislyacutech ochran Pro připojeniacute PTC

termistoru sloužiacute na UMC100 svorky s označeniacutem T1 a T2 PTC zvyšuje svůj odpor s rostouciacute

teplotou proto je možneacute ho použiacutet pro hliacutedaacuteniacute teploty např vinutiacute statoru UMC je schopneacute

vyhodnotit tuto změnu odporu a vydaacute signaacutel k odpojeniacute motoru od siacutetě [7]

39 Ochrana při zemniacutem spojeniacute

Ochrana při zemniacutem spojeniacute spočiacutevaacute v ochraně motoru siacutetě a technologie při nežaacutedouciacutech

vlivech způsobenyacutech zejmeacutena staacuternutiacutem izolace a jejiacutem zhoršenyacutem izolačniacutem uacutečinkem

Naacutesledkem přetěžovaacuteniacute vedeniacute vlhkostiacute kondenzaciacute vody v elektrickeacutem zařiacutezeniacute nebo vrstvou

vodiveacuteho prachu jsou praacutevě zhoršeneacute vlastnosti izolačniacuteho materiaacutelu To vede k nechtěneacutemu

zemniacutemu spojeniacute Zemniacute spojeniacute je monitorovaacuteno pomociacute UMC spolu se zařiacutezeniacutem CEM11 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 41

DEMONSTRAČNIacute PŘIacutePRAVEK 4

41 Naacutevrh přiacutepravku

Pro demonstraci UMC100 a dalšiacutech prvků řady produktů od společnosti ABB sro byl

navržen přiacutepravek pomociacute software AutoCAD a Inventor Professional kteryacute byl poteacute zrealizovaacuten

a oživen Nosnaacute konstrukce (Obr 41) je vyrobena z jӓckelu o rozměru 25x25mm

Obr 41 Nosnaacute konstrukce

Čelniacute panel tvořiacute plech s rozměry 500x400mm a tloušťky 2mm Plech je osazen

rozvaděčovyacutemi kanaacutely 25x60mm a všemi potřebnyacutemi komponentami pro realizaci zapojeniacute

Vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho panelu s otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky a ovlaacutedaciacute tlačiacutetka motoru je na

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

Seznam použityacutech komponent Vyacuterobce

3-poacutelovyacute jistič C16 OEZ

Pojistkoveacute pouzdro RSP 4 Elektro Bečov

Komunikačniacute modul MTQ22-FBP ABB

Motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP ABB

Napěťovyacute modul VI150-FBP ABB

Rozšiřovaciacute modul DX122-FBP ABB

Ministykač LC1K09(LC1K12) Schneider Electric

Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A ABB

Rozvaděčovyacute kanaacutel 25x60mm KOPOS

Přiacutestrojoveacute zdiacuteřky 4mm do panelu AMASS

Tlačiacutetka do panelu 250V1A JIETONG

Tab 41 Seznam použityacutech komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 42

Pro konstrukci je důležiteacute aby navrženyacute panel rozměrově odpoviacutedal všem potřebnyacutem přiacutestrojům

a modulům Pro tuto přiacuteležitost je pomociacute software AutoCAD vytvořen vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho

panelu Obr 43 kteryacute je konstruovaacuten

Navrženyacute nosnyacute plech tloušťky 2mm na ktereacutem jsou umiacutestěny veškereacute komponenty Obr 42

Ve vrchniacute polovině plechu jsou vyvrtaacuteny otvory o průměru 4mm sloužiacuteciacute pro uchyceniacute

rozvaděčoveacuteho kanaacutelu a DIN lišty Ve středniacute čaacutesti plechu jsou 4 průvlečneacute otvory určeneacute k

průchodu vodičů ze zadniacute čaacutesti plechu (od napaacutejeciacutech svorek) do rozvaděčoveacuteho kanaacutelu na straně

předniacute Pro tuto potřebu jsou stejneacute otvory vyvrtaacuteny takeacute do dna kanaacutelu Ve spodniacute čaacutesti jsou

otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky pomociacute kteryacutech je zajištěno napaacutejeniacute panelu a poteacute napaacutejeniacute motoru

a 3 otvory na ovlaacutedaciacute tlačiacutetka k zajištěniacute ovlaacutedaacuteniacute motoru Uchyceniacute plechu k nosneacute konstrukci

je provedeno samořeznyacutemi šroubky M5 v roziacutech plechu

Obr 42 Naacutevrh plechu panelu

Vyacutekres plechu s udaacuteniacutem koacutet je obsažen v přiacuteloze praacutece viz Obr 01

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 43

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 44

42 Scheacutema zapojeniacute přiacutepravku

Demonstračniacute panel je uzpůsoben pro reverzniacute chod trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 44 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho přiacutepravku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 45

43 Vyacuteslednyacute přiacutepravek

Vyacuteslednyacute osazenyacute a zapojenyacute přiacutepravek určenyacute pro laboratorniacute uacutelohu doplněnyacute vhodnyacutemi

štiacutetky pro ovlaacutedaacuteniacute a zapojeniacute napaacutejeciacute siacutetě (VSTUP) a motoru (VYacuteSTUP)

Obr 45 Demonstračniacute přiacutepravek

Zadniacute čaacutest panelu s izolovaacuteniacutem konektorů FASTON pomociacute teplem smrštitelneacute bužiacuterky před

nebezpečnyacutem dotykem živeacute čaacutesti

Obr 46 Zadniacute pohled

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 46

44 Demonstračniacute kufr pro ABB

Pro společnost ABB sro byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 prezentujiacuteciacute

jeho možnosti Zaacutekladniacutem požadavkem naacutevrhu bylo řešeniacute pomociacute jednofaacutezoveacuteho napaacutejeniacute

Jelikož UMC100 je uzpůsobeno pro chod trojfaacutezovyacutech motorů je použit frekvenčniacute měnič

ACS50 kteryacute nabiacuteziacute při napaacutejeniacute pomociacute jednofaacutezoveacute siacutetě na sveacutem vyacutestupu napětiacute 3x230V50Hz

Pro digitaacutelniacute vstupy UMC100 a rozšiřovaciacuteho modulu DX111 je navrženo použitiacute dvoupoacutelovyacutech

paacutečkovyacutech přepiacutenačů s funkciacute (ON)-OFF-ON s napětiacutem 24V DC K signalizaci aktivniacutech vstupů

a vyacutestupů je navrženo použitiacute zelenyacutech signaacutelek Ovlaacutedaciacute panel kufru obsahuje spiacutenače pro

simulaci ztraacutety napaacutejeciacute faacuteze motoru potenciometr k simulaci faacutezoveacute nesymetrie daacutele červenou

signaacutelku pro signalizaci poruchovyacutech stavů a žlutou pro chod motoru Všechny přepiacutenače a

signaacutelky jsou přiacutestupneacute uživateli prostřednictviacutem navrženeacuteho ovlaacutedaciacuteho panelu kteryacute současně

posloužiacute jako kryt kufru (Obr 02) Jelikož pro přenosnyacute kufr neniacute nejvhodnějšiacute použitiacute

asynchronniacuteho motoru je proto použit 6-poacutelovyacute synchronniacute motor s přiacutekonem 23VA

vyacutestupniacutem vyacutekonem 105W a jmenovityacutem proudem 100mA

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 47

Obr 47 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho kufru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 48

SIMULACE OCHRAN 5Kapitola obsahuje soupis simulaciacute ochran ktereacute jsou demonstrovaacuteny v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jež se zabyacutevaacute problematikou UMC100 Z širokeacute škaacutely ochran jsou vybraacuteny 4 situace ktereacute

se v průmyslu často vyskytujiacute

51 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

K nasimulovaacuteniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii je použit posuvnyacute potenciometr kteryacute je

připojen na svorky (12) Pomociacute potenciometru bude snižovaacutena velikost napětiacute na přiacutevodniacute faacutezi

do motoru (L1) Pro demonstraci ochrany je použit napěťovyacute modul VI150 spolu s UMC100 Na

svorky modulu označeneacute (L1L2 a L3) jsou přivedeny faacuteze v uvedeneacutem sledu Při zvyšovaacuteniacute

odporu rezistoru ve faacutezi dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute napětiacute na přiacutevodniacute svorce (L1) vlivem rostouciacuteho

uacutebytku napětiacute na daneacutem rezistoru Je-li napěťovyacute modul propojen vodičem s UMC a je-li spraacutevně

nastaven UMC vyhodnotiacute po určiteacutem poklesu napětiacute a naacuterůstu proudu ve zbylyacutech dvou faacuteziacutech

(L2 a L3) jako chybovou a vybaviacute Nejprve bude vybaveno varovaacuteniacute a poteacute dojde k odpojeniacute

motoru

52 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze je motor vystaven vysokeacutemu riziku což většinou vede k jeho

zničeniacute Demonstrace ochrany proběhne uacuteplnyacutem odpojeniacutem napaacutejeciacute faacuteze L2 Pro vybaveniacute

ochrany neniacute zapotřebiacute aby byl motor v chodu neboť použitiacute napěťoveacuteho modulu VI150

detekuje nepřiacutetomnost napětiacute faacuteze a vybaviacute Při chodu motoru ochrana vybaviacute od 15s pro třiacutedu

5E a do 12s pro 40E podle nastaveneacute třiacutedy přetiacuteženiacute viz Tab 32 Princip funkce při chodu

motoru spočiacutevaacute v porovnaacuteniacute nejvyššiacute a nejnižšiacute naměřeneacute hodnoty faacutezoveacuteho proudu s

nastavenyacutemi uacuterovněmi Vyacutehodou je že signalizuje varovaacuteniacute ještě před samotnyacutem spuštěniacutem

motoru kdy může nastat stav že je přepaacutelena pojistka a obsluha toto nezaznamenala Mimo

přepaacuteleneacute pojistky se může takeacute jednat o uvolněnyacute nebo opotřebenyacute kontakt

53 Ochrana sledu faacuteziacute

Pro spraacutevnyacute chod motoru a diagnostiku pomociacute kontroleacuteru s použitiacutem napěťoveacuteho modulu je

zapotřebiacute dodržet sled faacuteziacute tzn Faacutezovyacute vodič L1rarrsvorka L1 L2 rarrsvorka L3 a L3rarrsvorka L3

Při zaacuteměně některyacutech faacutezovyacutech vodičů neprodleně vybaviacute ochrana sledu faacuteziacute a neniacute dovoleno

spuštěniacute motoru do okamžiku dokud neniacute obsluhou tento probleacutem vyřešen

54 PTC ochrana

Pro vyhodnocovaacuteniacute teploty vinutiacute statoru motoru sloužiacute termistor PTC Při zvyacutešeniacute teploty

nastaacutevaacute zvyacutešeniacute odporu termistoru (viz Obr 38) a motor odpojiacute Udaacutevanaacute odezva UMC na

změnu odporu je v rozmeziacute R = 34-38kΩ

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 49

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany

Z důvodu ochrany motoru neniacute vhodneacute vystavovat motor zvyacutešeneacute teplotě pro nastiacuteněniacute funkce

PTC ochrany Pro tento uacutečel posloužiacute zhotovenyacute box osazenyacute lineaacuterniacutem potenciometrem

s hodnotou odporu 25kΩ jemuž jsou předřazeny odpory 1kΩ a 330Ω

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 50

LABORATORNIacute UacuteLOHA 6

61 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100

Uacutekolem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute řiacutediacuteciacute a kontrolniacute jednotkou pro

provoz trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru UMC100

Motorovyacute kontroleacuter nabiacuteziacute 3 releacuteoveacute vyacutestupy Tyto vyacutestupy jsou připojitelneacute na napětiacute 230V AC s

maximaacutelniacutem proudem 1A Releacuteoveacute vyacutestupy sloužiacute zejmeacutena pro připojeniacute budiacuteciacutech ciacutevek stykačů

Hlavniacute vstupy jsou tvořeny seacuteriiacute svorek jež je umiacutestěnaacute ve spodniacute čaacutesti kontroleacuteru Svorky nesou

označeniacute (DI0 DI1 hellip DI5) Tyto digitaacutelniacute vstupy pracujiacute s napětiacutem 24V DC a sloužiacute pro

připojeniacute ovlaacutedaciacutech tlačiacutetek jako start motoru stop motoru reverzaci rozběh hvězda-trojuacutehelniacutek

nebo např použitiacute vstupu pro koncovyacute spiacutenač pro připojeniacute pomocnyacutech kontaktů stykačů či

funkci aktuaacutetor kdy je ovlaacutedaacuten pohon ventilu Vše podle nastaveniacute uživatele a pracovniacuteho

procesu Vedle hlavniacutech vstupniacutech kontaktů se nachaacuteziacute takeacute jeden vyacutestupniacute s označeniacutem (DO3)

Tento digitaacutelniacute vyacutestup lze využiacutet k připojeniacute 24V DC signalizačniacute kontrolky pro chybovaacute hlaacutešeniacute

modulu UMC100 nabiacuteziacute integrovanyacute vstup pro připojeniacute PTC termistoru Diacuteky PTC jsme

schopni hliacutedat teplotu statoroveacuteho vinutiacute a předejiacutet tiacutem zaacutevažneacutemu poškozeniacute motoru

Hlavniacute obvod

Měřeniacute proudu faacutezovyacutemi vodiči je řešeno pomociacute 3 průvlečnyacutech ok integrovanyacutech v modulu

Tato průvlečnaacute oka jsou měřiacuteciacutemi transformaacutetory proudu navinutyacutemi na toroidniacutem jaacutedře Diacuteky

těmto transformaacutetorům je kontroleacuter schopnyacute měřit proud v rozsahu 024 až 63A Pro vyššiacute

hodnoty proudů až 850A se použiacutevaacute externiacute proudovyacute transformaacutetor

Možnost rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru

UMC se v průmyslovyacutech aplikaciacutech nejčastěji použiacutevaacute s využitiacutem napěťoveacuteho a rozšiřovaciacuteho

(vstupně-vyacutestupniacuteho) modulu Pro laboratorniacute uacutelohu je použit napěťovyacute modul VI150 a

rozšiřovaciacute modul DX122 jenž jsou připojeny k UMC pomociacute UMCIO-CAB přes svorky

s označeniacutem Ca a Cb

Napěťovyacute modul VI150

K demonstraci kontroleacuteru je použit modul s označeniacutem VI150 Zařiacutezeniacute disponuje konektory pro

připojeniacute faacutezovyacutech vodičů (L1 L2 a L3) a je schopneacute měřit hodnotu sdruženeacuteho napětiacute siacutetě

S naměřenyacutemi hodnotami faacutezoveacuteho proudu pomociacute UMC dostaacutevaacuteme takeacute hodnotu faacutezoveacuteho

posuvu mezi napětiacutem a proudem tedy uacutečiniacuteku cos φ Z těchto naměřenyacutech parametrů vypočiacutetaacute

řiacutediacuteciacute jednotka kontroleacuteru činnyacute přiacutekon Ovšem pro spraacutevnou detekci napětiacute je nutneacute dodržet

zapojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 51

Vstupně-vyacutestupniacute modul DX122

Modul umožňuje rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru o dalšiacutech 8 digitaacutelniacutech vstupů na napětiacute 110-230V AC 4

releacuteoveacute vyacutestupy a 1 analogovyacute vyacutestup Pomociacute programu ABB Asset Vision Basic je možneacute

přiacutemeacute přiřazeniacute parametrů a programovaacuteniacute UMC100 a takeacute všech zařiacutezeniacute kteraacute jsou vybavena

DTM (Device Type Manager)- naacutestroj pro konfiguraci a spraacutevu zařiacutezeniacute

Komunikačniacute modul MTQ22

O komunikaci mezi UMC a PC se staraacute modul MTQ22 V software vytvořeneacutem pomociacute

vyacutevojoveacuteho prostřediacute LabVIEW lze sledovat aktuaacutelniacute měřeneacute veličiny zobrazenaacute varovaacuteniacute

poruchovyacutech stavů informace o stavu vstupů a vyacutestupů apod

Napaacutejeciacute zdroj

Napaacutejeniacute modulů zajišťuje zdroj CP-D 2413A s regulaciacute vyacutestupniacuteho napětiacute Regulace je možnaacute

v rozpětiacute 24-28V DC Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute zdroje je umožněna z důvodu požadavku

přesneacuteho napětiacute 24V DC Vlivem zatiacuteženiacute (napaacutejeniacute UMC VI a DX) vyacutestupniacute napětiacute zdroje klesaacute

podle zatěžovaciacute charakteristiky přiacuteslušneacuteho zdroje CP-D sloužiacute takeacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacutech

vstupů UMC

Ochranneacute funkce

UMC nenabiacuteziacute pouze možnost měřeniacute faacutezoveacuteho proudu ale takeacute řadu ochran při poruchovyacutech

stavech provozu Nejčastěji v praxi využiacutevanaacute ochrana je ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute kteraacute

je doprovaacutezena varovnou signalizaciacute nastaacutevajiacuteciacute poruchy

Ochrana motoru při proudoveacutem podtiacuteženiacute pracuje na obdobneacutem principu jako předchoziacute ochrana

Kontroleacuter monitoruje hladinu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu Při jeho poklesu pod nastavenou

uacuteroveň maximaacutelniacuteho dovoleneacuteho poklesu (udaacutevaneacute relativně v k jmenoviteacutemu In) dochaacuteziacute k

signalizaci chyby a odpojeniacute motoru od siacutetě

PTC ochrana spočiacutevaacute v hliacutedaacuteniacute teploty statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru pomociacute PTC

termistoru V našem přiacutepadě je použito lineaacuterniacuteho potenciometru kdy se zvyšujiacuteciacutem se odporem

potenciometru simulujeme zvyšujiacuteciacute se teplotu statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru

Při ztraacutetě některeacute napaacutejeciacute faacuteze motoru dochaacuteziacute k okamžiteacutemu blokovaacuteniacute startu motoru

Ochrana sledu faacuteziacute zajistiacute spraacutevneacute zapojeniacute vodičů L1 L2 a L3 ktereacute je slučitelneacute s nastaveniacutem v

UMC

Vlivem přerušovaneacuteho provozu např S3 kdy nedochaacuteziacute v době klidu a odpojeniacute motoru k

poklesu teploty na teplotu okoliacute může vybavit Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute - Thermal

Overload Protection (TOL)

Zablokovaniacute rotoru byacutevaacute způsobeno přiacuteliš vysokyacutem zaacutetěžnyacutem momentem Mz na hřiacutedeli motoru

nebo mechanickou poruchou Kontroleacuter je při startu schopen detekovat tento stav

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 52

62 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute uacutelohy a scheacutema zapojeniacute panelu

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 53

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 54

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha

Štiacutetek použiteacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 64 Štiacutetek motoru

63 Popis scheacutematu zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

Na vstupniacute svorky s označeniacutem VSTUP (L1 L2 L3 N PE) jsou přivedeny přiacuteslušneacute vodiče

z pracovniacuteho stolu Hlavniacute 16A jistič s vypiacutenaciacute charakteristikou typu C sloužiacute pro jištěniacute siloveacute

čaacutesti obvodu Pro jištěniacute napaacutejeciacuteho zdroje CP-D sloužiacute tavnaacute pojistka 2T250V Napěťoveacute

vstupy na modul VI150 jsou jištěny tavnou pojistkou F125250V Posuvnyacute potenciometr

umiacutestěnyacute na faacutezoveacutem vodiči L1 sloužiacute k demonstraci ochrany při faacutezoveacute nesymetrii

Komunikačniacute modul MTQ22 zajišťuje komunikaci mezi UMC a PC kdy prostřednictviacutem

Ethernetoveacute siacutetě jsme schopni čiacutest měřeneacute veličiny

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 55

64 Pracovniacute postup

1 Seznamte se s kontroleacuterem UMC100 a ostatniacutemi komponenty použityacutemi pro laboratorniacute

uacutelohu a se scheacutematem zapojeniacute uacutelohy

2 Připojte elektromotor a vstupniacute svorky na přiacuteslušneacute zdiacuteřky Před připojeniacutem vyacutekonoveacuteho

potenciometru ověřte měřeniacutem jeho minimaacutelniacute a maximaacutelniacute hodnotu odporu a

poznamenejte si je

3 Připojte potenciometr na určeneacute zdiacuteřky označeneacute čiacutesly 1 a 2 a nastavte hodnotu odporu

4 Po kontrole zapojeniacute vyučujiacuteciacutem zapněte pracoviště a nastavte autotransformaacutetor na 100

vyacutestupniacuteho napětiacute Zapněte hlavniacute jistič Kontrola a nastaveniacute komunikace mezi UMC

DX a VI

Nastaveniacute Komunikace se provede přes LCD displej naacutesledujiacuteciacutem způsobem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on

5 Stiskem tlačiacutetka VPŘED nebo VZAD na panelu uvedeme motor do chodu Pro přechod

z jednoho směru do druheacuteho je nutneacute nejprve zastavit motor tlačiacutetkem STOP Při

zastaveniacute je kontroleacuterem motor blokovaacuten po dobu 3s před dalšiacutem spuštěniacutem z důvodu

doběhu motoru Pohybem tlačiacutetek nahoru dolů pomociacute LCD v hlavniacute nabiacutedce - UMC -

můžeme sledovat aktuaacutelniacute proud motoru sdruženeacute napětiacute odebiacuteranyacute přiacutekon ze siacutetě

uacutečiniacutekhellip

6 Při provaacuteděniacute uacutelohy na brzdě (dynamometru) ověřte funkci ochrany při zablokovaacuteniacute

rotoru funkci ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a proudoveacutem přetiacuteženiacute

7 Při vybaveniacute každeacute z ochran zaznamenejte hodnotu kdy vypnula Před novyacutem startem je

důležiteacute přečiacutest zaacuteznam důvodu poruchy a proveacutest reset na panelu UMC100-PAN jinak je

START blokovaacuten

65 Měřeniacute

OCHRANA PŘED PŘEHŘAacuteTIacuteM MOTORU

Potenciometrem označenyacutem PTC je zvyšovaacutena hodnotu odporu do okamžiku kdy dojde

k odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě zapůsobeniacutem PTC ochrany Hodnota odporu potenciometru

při vybaveniacute ochrany je určena měřeniacutem na 341kΩ Odpoviacutedajiacuteciacute hodnotu teploty motoru

odečteme z grafu a hodnoty odporu potenciometru při vypnutiacute

Do tabulky zapište změřenou hodnotu odporu potenciometru při vypnutiacute Při teacuteto hodnotě odporu

odečtěte teplotu motoru z grafu Ziacuteskanou teplotu porovnejte s vypočtenou teplotou motoru

Tabulka naměřenyacutech a vypočtenyacutech hodnot

R ϑg R0 ϑ

[Ω] [degC] [Ω] [degC]

3410 136 1320 13626

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 56

Vyacutepočet vychaacuteziacute ze vztahu pro zaacutevislost elektrickeacuteho odporu vodiče na teplotě

(651)

kde

(652)

Po uacutepravě pak

α - teplotniacute součinitel elektrickeacuteho odporu (K-1

) (α = 001162 K-1

)

R0 - odpor potenciometru v zaacutekladniacute poloze

R - odpor potenciometru při vybaveniacute ochrany

ϑg - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute odečtenaacute z grafu

ϑ - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute ndash vypočtenaacute

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

R [

Ω]

ϑ [degC]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 57

Vinutiacute motoru je izolovaacuteno izolaciacute třiacutedy F (155)

Třiacuteda izolace A E B F H

Okolniacute teplota [degC] 40 40 40 40 40

Povolenyacute naacuterůst teploty [degC] 60 75 80 105 125

Teplotniacute rezerva 5 5 10 10 15

Konečnaacute teplota 105 120 130 155 180

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru [12]

OCHRANA PŘED NESPRAacuteVNYacuteM SLEDEM FAacuteZIacute

Nedodrženiacutem sledu napaacutejeciacutech faacutezovyacutech vodičů (zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů svorek L2 a L3)

jak je nastaveno v UMC provaacutediacute napěťovyacute modul blokaci startu motoru V tomto přiacutepadě

vybavuje neprodleně ochrana sledu faacuteziacute ndashPhase sequence Funkci zaznamenejte do protokolu

OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII

Zvyšovaacuteniacutem odporu vyacutekonoveacuteho potenciometru zapojeneacuteho ve faacutezi L1 (viz scheacutema zapojeniacute

uacutelohy) dochaacuteziacute k simulaci faacutezoveacute nesymetrie siacutetě Motor je odpojen v okamžiku kdy poklesne

hodnota sdruženeacuteho napětiacute mezi faacutezemi L3 a L1 přibližně na hodnotu Us = 380V Velikost

odporu při vybaveniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii činiacute 101Ω Hodnotu nesymetrie zaznamenejte

do protokolu

OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE

Ztraacuteta faacuteze se realizuje pomociacute spiacutenače v pracovniacutem stole kdy odpojiacuteme napaacutejeciacute faacutezi Změřte

čas od odpojeniacute faacuteze L2 do vybaveniacute ochrany při ztraacutetě faacuteze a poznamenejte do protokolu

66 Demonstrace ochran při použitiacute dynamometru

OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU

K testu ochrany při zablokovaacuteniacute rotoru posloužiacute dynamometr jehož hřiacutedel je spojenaacute se hřiacutedeliacute

asynchronniacuteho motoru pomociacute spojky Hřiacutedel dynamometru je poteacute mechanicky zablokovaacutena

Stiskem přiacuteslušneacuteho tlačiacutetka je proveden start motoru a sledovaacuten proud při odpojeniacute motoru od

siacutetě a čas odpojeniacute Proud při vybaveniacute ochrany při mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru dosaacutehl

hodnoty 1978A což odpoviacutedaacute 582In

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute ndash (High current protection)

Pro simulaci proudoveacuteho přetiacuteženiacute maacuteme nastavenou hodnotu odebiacuteraneacuteho proudu na 130 pro

odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě Snižovaacuteniacutem jmenovityacutech otaacuteček motoru pomociacute dynamometru

(bržděniacutem tzn n rarr 0) dochaacuteziacute k naacuterůstu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu I Odpojeniacute nastalo při

odebiacuteraneacutem proudu 447A Nastaveneacute hodnotě (13In ) naacuteležiacute proud 442A Tiacutem lze konstatovat

že vyacutesledek měřeniacute je srovnatelnyacute s hodnotami uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute

Stav proudoveacuteho podtiacuteženiacute nedostatečneacuteho proudoveacuteho zatiacuteženiacute použiacutevanyacute zejmeacutena u čerpadel

je simulovaacuten pomociacute dynamometru kdy je nastavenaacute hodnota poklesu aktuaacutelniacuteho proudu na

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 58

085In a čas odpojeniacute od siacutetě na 10s Po roztočeniacute a zatiacuteženiacute motoru na hodnotu jmenoviteacuteho

proudu jsou pomociacute dynamometru zvyšovaacuteny otaacutečky motoru n Tento proces maacute za naacutesledek

snižovaacuteniacute aktuaacutelniacuteho proteacutekaneacuteho proudu I kdy motor ztraacuteciacute zatiacuteženiacute Nastaveneacute hodnotě

podtiacuteženiacute odpoviacutedaacute aktuaacutelniacute proud 289A Při dosaženiacute teacuteto uacuterovně je spuštěn odpočet a motor za

10s odpojen

67 Vyhodnoceniacute a zaacutevěr

Vyacutesledkem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute technologiiacute pro diagnostiku

veličin při chodu trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru Při demonstračniacute simulaci ochran byly

dosaženy naacutesledujiacuteciacute vyacutesledky PTC ochrana vybavuje při hodnotě odporu 341kΩ Tato hodnota

odpoviacutedaacute teplotě ϑg = 136degC odečteneacute z grafu Vypočtenaacute teplota ϑ = 13626degC Vyacuterobce uvaacutediacute

zapůsobeniacute ochrany při hodnotě odporu v rozsahu 34-38kΩ Zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů L2 a

L3 proběhla okamžitaacute blokace spuštěniacute motoru Faacutezovaacute nesymetrie vybavila při poklesu napětiacute o

5 Ztraacutetou napaacutejeciacute faacuteze proběhlo odpojeniacute motoru v čase t = 15s Čas odpojeniacute odpoviacutedaacute třiacutedě

přetiacuteženiacute 5E kteraacute je nastavena

Při testu za použitiacute dynamometru bylo zjištěno že při zablokovaneacutem rotoru motoru zapůsobil

kontroleacuter při nastaveneacutem přetiacuteženiacute 3In Teacuteto hodnotě naacuteležiacute proud 102A Jelikož je nastavena

třiacuteda přetiacuteženiacute 5E ktereacute naacuteležiacute interval 15s a poteacute odpojeniacute motoru tak během tohoto okamžiku

vzrostla hodnota proudu na 1978A což odpoviacutedaacute 582In Při proudoveacutem přetiacuteženiacute odpoviacutedaly

vyacutesledky měřeniacute nastaveneacute hodnotě přetiacuteženiacute 13In Ve stavu proudoveacuteho podtiacuteženiacute zapůsobila

ochrana spraacutevně dle nastaveneacuteho poklesu proudu na 085In

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 11: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 11

SEZNAM TABULEK Tab 21 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX111-FBP 22

Tab 22 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX122-FBP 22

Tab 23 Typy externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů s měřenyacutem rozsahem proudu 25

Tab 24 Rozměry vyraacuteběnyacutech CEM11-FBPs udaacutevanyacutemi hodnotami svodovyacutech proudů 28

Tab 31 Ochranneacute funkce 31

Tab 32 Třiacutedy přetiacuteženiacute a čas odpojeniacute 31

Tab 33 Princip funkce logickeacuteho hradla AND 37

Tab 41 Seznam použityacutech komponent 41

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty 55

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru 57

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute 63

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 12

SEZNAM SYMBOLŮ A ZKRATEK

Zkratka Symbol Vyacuteznam Jednotka

AC Střiacutedavyacute proud (napětiacute) [A (V)]

B Magnetickaacute indukce [T]

cos φ Uacutečiniacutek [-]

DC Stejnosměrnyacute proud (napětiacute) [A (V)]

DTM Device Type Manager

FBP FieldBusPlug

H Intenzita magnetickeacuteho pole [Am]

I Aktuaacutelniacute hodnota proudu [A]

I1z Zaacuteběrnyacute proud [A]

If Procentuaacutelniacute poměr proudu []

Imax Maximaacutelniacute hodnota proudu [A]

Imin Minimaacutelniacute hodnota proudu [A]

In Jmenovityacute proud [A]

Iodp Hodnota proudu při odpojeniacute []

Ivar Varovnaacute hodnota proudu []

Ix Konec startu motoru []

Mz Zatěžovaciacute moment [Nm]

n Otaacutečky motoru [otmin]

nn Jmenoviteacute otaacutečky [otmin]

P Činnyacute vyacutekon [W]

P1 Činnyacute přiacutekon [W]

P2 Mechanickyacute vyacutekon na hřiacutedeli [W]

Pn Jmenovityacute vyacutekon [W]

Q1 Jalovyacute přiacutekon [var]

R Elektrickyacute odpor [Ω]

Rlsquo2s Celkovyacute činnyacute odpor rotoru [Ω]

R1 Odpor statoroveacuteho vinutiacute [Ω]

RFe Činnyacute odpor magnetickeacuteho obvodu [Ω]

s Skluz [-]

to Doba rozběhu [s]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 13

todp Zpožděniacute odpojeniacute [s]

TOL Thermal Overload Protection

TTC Time To Cool [s]

TTT Time To Trip [s]

tvar Zpožděniacute varovaacuteniacute [s]

U1 Vstupniacute napětiacute [V]

UMC Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter

Un Jmenoviteacute napětiacute [V]

Xrsquor20 Reaktance zabržděneacuteho rotoru [Ω]

Xm Reaktance magnetickeacuteho obvodu [Ω]

Xr1 Reaktance statoroveacuteho vinutiacute [Ω]

Φ Magnetickyacute tok [Wb]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 14

UacuteVOD

Bakalaacuteřskaacute praacutece je založena na naacutevrhu a vyacuterobě demonstračniacuteho přiacutepravku pro motorovyacute

kontroleacuter UMC100-FBP Tento přiacutepravek posloužiacute pro laboratorniacute uacutelohu v předmětu Elektrickeacute

přiacutestroje a takeacute jako prezentačniacute aparaacutet UMC100-FBP a rozšiřovaciacutech modulů pro společnost

ABB sro Finaacutelniacute zařiacutezeniacute je realizovaacuteno pro chod ochranu a diagnostiku trojfaacutezoveacuteho

asynchronniacuteho motoru Praacutece je rozdělena do několika hlavniacutech čaacutestiacute Nejprve je přibliacuteženo

UMC100-FBP Tato čaacutest všeobecně sloužiacute pro seznaacutemeniacute se s motorovyacutem kontroleacuterem jeho

zevnějškem a možnostmi Praacutece je daacutele rozšiacuteřena o přiacutedavneacute rozšiřovaciacute moduly ktereacute lze v praxi

použiacutet společně s UMC100-FBP Uvedeny jsou i informace o připojitelneacutem ovlaacutedaciacutem LCD

panelu UMC100-PAN Kapitola č3 přibliacutežiacute ochranneacute funkce nabiacutezeneacute kontroleacuterem V dalšiacute čaacutesti

je obsažen naacutevrh aparatury pro demonstraci UMC100 a jeho funkciacute podrobneacute scheacutema zapojeniacute

tohoto přiacutepravku a samotnou laboratorniacute uacutelohu na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter

UMC100

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 15

MOTOROVYacute KONTROLEacuteR 1

Efektivniacute využiacutevaacuteniacute energie v průmyslu je důležiteacute Z praxe bylo zjištěno že viacutece jak 40

elektrickeacute energie vyrobeneacute na zemi je spotřebovaacutevaacuteno praacutevě v průmyslovyacutech odvětviacutech a z toho

až 65 je spotřebovaacutevaacuteno elektrickyacutemi motory Jak již samotnyacute naacutezev napoviacutedaacute jednaacute se o

zařiacutezeniacute určeneacute předevšiacutem pro hliacutedaacuteniacute chodu asynchronniacuteho motoru Hlavniacute funkciacute motoroveacuteho

kontroleacuteru je diagnostika veličin se kteryacutemi motor pracuje Vyacutesledkem operace byacutevaacute sled

informaciacute ktereacute jsou předaacutevaacuteny obsluze nebo dispečinku Data o zkoumaneacutem motoru je možneacute

ziacuteskat buď formou integrovaneacuteho popř připojitelneacuteho zobrazovaciacuteho prvku nebo

prostřednictviacutem konektoru kteryacute komunikuje pomociacute datoveacute sběrnice s počiacutetačem V obou

přiacutepadech jsou obsluze poskytovaacutena rozsaacutehlaacute provozniacute servisniacute a diagnostickaacute data motoru

Takto ziacuteskaneacute informace umožňujiacute obsluze odhalovat chyby omezit je nebo jim dokonce

v budoucnu zabraacutenit a tiacutem i předejiacutet možneacutemu poškozeniacute motoru resp neplaacutenovaneacutemu vyacutepadku

vyacuteroby[13]

11 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP

Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP (daacutele jen UMC100) společnosti ABB sro je

zařiacutezeniacute použiacutevaneacute pro řiacutezeniacute ochranu a sledovaacuteniacute chodu trojfaacutezovyacutech asynchronniacutech motorů

UMC100-FBP je naacutestupcem staršiacuteho modelu řiacutediacuteciacute jednotky UMC22-FBP kteraacute se ve světě

využiacutevaacute v mnoha projektech Nejčastějšiacute průmyslovaacute odvětviacute použiacutevajiacuteciacute UMC22 i UMC100 jsou

např

rafinerie

technickeacute vybaveniacute elektraacuteren

těžba nerostnyacutech surovin

chemickyacute průmysl

papiacuterny

ocelaacuterny

potravinaacuteřstviacute a vyacuteroba naacutepojů

Jako naacutestupce staršiacuteho typu kontroleacuteru se použiacutevaacute již zmiacuteněnaacute UMC100 kteraacute od ochrany a

řiacutezeniacute motoru nabiacuteziacute i detekci vyacutepadku napaacutejeciacute faacuteze motoru nastavitelnou ochranu během

rozběhu nebo normaacutelniacutem provozu a mnoho dalšiacutech funkciacute ktereacute budou daacutele zmiacuteněny Použitiacute

UMC100 je diacuteky sveacute velikosti programovatelnosti a integrovaneacutemu měřiacuteciacutemu systeacutemu vhodneacute

pro modernizaci zastaralyacutech rozvaacuteděčů v již zaběhlyacutech provozech

Oficiaacutelniacute naacutezev kontroleacuteru obsahuje přiacuteponu FBP UMC100 je vybaven komunikačniacutem

rozhraniacutem pro připojeniacute do různyacutech průmyslovyacutech sběrnic siacutetiacute jako je PROFIBUS DP

DeviceNet MODBUS a CANopen To vše pomociacute skupiny produktů FieldBusPlug UMC100 je

takeacute ovšem možneacute použiacutet jako samostatneacute zařiacutezeniacute bez připojeniacute řiacutediacuteciacute sběrnice Změřeneacute

veličiny při chodu motoru (napětiacute proudhellip) jsou zpracovaacutevaacuteny v řiacutediciacutem systeacutemu samotneacuteho

kontroleacuteru kde jsou okamžitě vyhodnocovaacuteny Tato schopnost pomaacutehaacute k rychleacute detekci poruchy

a k zajištěniacute dopadů na ostatniacute zařiacutezeniacute v diagnostikovaneacute soustavě Daacutele napomaacutehaacute k řešeniacute

vhodnyacutech opatřeniacute pro přiacutepad dalšiacutech negativniacutech jevů a přiacutepadnyacutech vaacutežnyacutech poruch

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 16

12 Instalace

Samotnyacute koncept uzpůsobenyacute pro tyto aplikace naacutem zapřiacutečiňuje zkraacuteceniacute uacutesiliacute a naacutemahy při

zdlouhaveacutem vodičoveacutem propojeniacute v rozvaacuteděči jelikož veškereacute požadovaneacute ochranneacute

monitorovaciacute a řiacutediacuteciacute funkce jsou integrovaacuteny do jedineacuteho modulaacuterniacuteho zařiacutezeniacute UMC100 je

možneacute diacuteky kompaktniacutemu provedeniacute veškeryacutech jeho komponent jednoduše umiacutestit do stiacutesněnyacutech

prostor vyacutesuvnyacutech rozvaacuteděčů nebo do již použiacutevanyacutech staršiacutech zařiacutezeniacute Jednaacute se o zařiacutezeniacute a

provozy kteraacute prochaacuteziacute modernizaciacute a vyžadujiacute použitiacute noveacute technologie provozu a obohaceniacute o

noveacute způsoby řiacutezeniacute a ochran motorů od zastaralyacutech a vysloužilyacutech elektromagnetickyacutech releacute

Moderniacute motoroveacute kontroleacutery se ovšem nepoužiacutevajiacute pouze pro renovace a modernizace staršiacutech

provozů ale je samozřejmostiacute že noveacute společnosti s vysokyacutem počtem až tisiacutecem motorů saacutehnou

po technologicky vyspěleacutem ochranneacutem a monitorovaciacutem zařiacutezeniacute pro trojfaacutezoveacute asynchronniacute

motory

Montaacutež zařiacutezeniacute do rozvaacuteděče je velice jednoduchaacute Postačiacute pouze všeobecně použiacutevanaacute DIN

lišta (EN50022-35) na kterou se kontroleacuter zasadiacute nebo je možneacute upevněniacute 4 šrouby M4

Demonstrativniacute zasazeniacute na DIN lištu je předvedeno na Obr 11

Obr 11 Instalace UMC100-FBP na DIN lištu[1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 17

TECHNICKEacute VYBAVENIacute UMC100-FBP 2

21 Kompaktniacute zaacutekladniacute jednotka

Zaacutekladniacute jednotka kontroleacuteru obsahuje nejdůležitějšiacute čaacutesti jako je integrovanyacute měřiciacute systeacutem

a 2 seacuterie svorek Tyto svorky tvořiacute vstupy a vyacutestupy kontroleacuteru Jsou tvořeny 6 digitaacutelniacutemi vstupy

24V DC (spodniacute svorky) 1 integrovanyacute vstupem pro připojeniacute PTC termistoru a 4 vyacutestupy (horniacute

svorky) Tyto vyacutestupy tvořiacute 3 vyacutestupniacute releacute a 1 digitaacutelniacute tranzistorovyacute vyacutestup UMC100 takeacute

disponuje třemi LED pro signalizaci stavu technickeacuteho vybaveniacute Umožňuje tedy provoz bez

použitiacute sběrnicoveacuteho systeacutemu a daacutelkoveacute přiřazeniacute parametrů přes řiacutediciacute systeacutem Na Obr 21 je

patrneacute použitiacute konektoru M12

[2]

Obr 21 Vnějšiacute popis UMC100-FBP a s připojenyacutem UMC100-PAN

1 upevňovaciacute očka pro montaacutež 4 šrouby M4 Očka je možneacute odlomit pokud bude zařiacutezeniacute

připevněno na DIN lištu

2 konektory pro připojeniacute odporoveacuteho PTC sniacutemače

3 připojovaciacute svorky pro komunikaci s IO moduly

4 zaacutestrčka M12 pro připojeniacute konektoru FieldBusPlug

5 3 stavoveacute LED kontrolky

zelenaacute ndash motor připraven

žlutaacute ndash motor je v provozu

červenaacute ndash přetiacuteženiacute nebo porucha motoru (hlaacutešeniacute chyby)

6 připojovaciacute svorky pro releacuteoveacute vyacutestupy

(šrouby nepoužiacutevanyacutech svorek musiacute byacutet dotaženy pro zajištěniacute ochrany proti naacutehodneacutemu

vyšroubovaacuteniacute a naacutesledneacutemu kontaktu)

7 konektor pro připojeniacute ovlaacutedaciacuteho LCD panelu Control Panel UMC100-PAN

8 prvniacute dvě svorky sloužiacute pro napaacutejeciacute napětiacute 24V DC 24VDC vyacutestup a DI0 až DI0 jsou

připojovaciacute svorky pro digitaacutelniacute vyacutestupy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 18

9 znaacutezorněnaacute draacuteha proudu pro napaacutejeniacute motoru vodiči o průměru až 11mm což odpoviacutedaacute

průřezu vodiče až 25mm2

211 Stavebniacute bloky

Naacutesledujiacuteciacute scheacutema demonstruje hlavniacute funkčniacute bloky UMC100 a tok dat mezi nimi Obr 22

Hlavniacute blok (Protection) obsahuje prvky souvisejiacuteciacute s ochrannyacutemi prvky Motorovaacute ochrana maacute

vždy vyššiacute prioritu než spiacutenaacuteniacute releacuteovyacutech vyacutestupů Ochrana působiacute přiacutemo na vyacutestup releacute a může

motor zastavit Pokud selže některaacute čaacutest HW zařiacutezeniacute kontrola Hardware Supervision otevře

releacuteoveacute vyacutestupy z bezpečnostniacutech důvodů automaticky Hardware Supervision neniacute možneacute

vyřadit

Měřeniacute proudu poskytuje informace o aktuaacutelniacutem proteacutekajiacuteciacutem proudu motorem kdy zařiacutezeniacute

měřiacute proud v jednotlivyacutech faacuteziacutech a vypočte středniacute hodnotu Naacutestupce původniacuteho kontroleacuteru

UMC22 použiacutevaacute aktuaacutelniacute informace o proudu a takeacute počiacutetaacute odpoviacutedajiacuteciacute teplotu motoru pomociacute

tepelneacuteho modelu Na určiteacute definovaneacute uacuterovni skutečneacute nebo vypočiacutetaneacute teploty dojde k vypnutiacute

motoru z důvodu přetiacuteženiacute

PTC input - tento vstup sloužiacute pro připojeniacute PTC termistoru pro měřeniacute skutečneacute teploty

vinutiacute motoru

Blok (Motor control) obsahuje množstviacute řiacutediacuteciacutech funkciacute Veškereacute přiacutechoziacute přiacutekazy z hlavniacuteho

panelu z digitaacutelniacutech vstupů nebo z FBP rozhraniacute jsou seřazeny a podle nastaveniacute uživatele jsou

poteacute zpracovaacutevaacuteny Blok Starter function řiacutediacute releacuteoveacute vyacutestupy Všechny bloky pracujiacute v logickeacutem

sledu Obvykle majiacute předem definovaneacute aplikace ktereacute budou provaacutedět UMC100 ovšem nabiacuteziacute i

vytvaacuteřeniacute vlastniacutech aplikaciacute [1]

Obr 22 Zaacutekladniacute blokoveacute scheacutema UMC100-FBP a tok dat mezi hlavniacutemi čaacutestmi zařiacutezeniacute [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 19

22 Ovlaacutedaciacute panel UMC100-PAN

UMC100-PAN je LCD panel kteryacutem lze rozšiacuteřit UMC100 o zobrazovaciacute prvek Tento prvek

připojiacuteme na UMC (Obr 21 7 -Konektor pro připojeniacute ovlaacutedaciacuteho LCD panelu Control Panel

UMC100-PAN) Zmiacuteněnyacute typ LCD je možneacute připojit pouze na UMC100 jelikož neniacute

kompatibilniacute se staršiacutem typem UMC22 LCD je předevšiacutem určen pro montaacutež na čelniacutem panelu

nebo na rozvaděči Ovlaacutedaciacute panel sloužiacute k lokaacutelniacutemu zobrazeniacute všech dat Poruchy (errors) a

vyacutestrahy jsou zobrazovaacuteny v nezakoacutedovaneacute podobě Externiacute zaacutevada může byacutet doplněna

individuaacutelniacutem textem např Phase loss Veškereacute parametry je možneacute nastavovat měnit a dle

potřeby chraacutenit přiacutestupovyacutem heslem

Panel sloužiacute pro zobrazeniacute veškeryacutech uacutedajů o obvodu jako např

proud prochaacutezejiacuteciacute motorem (možneacute absolutniacute zobrazeniacute v A nebo relativniacute v )

napětiacute na jednotlivyacutech faacuteziacutech L1-L3 (při použitiacute VI150(5))

aktuaacutelniacute uacutedaje o sepnutyacutech vstupech a vyacutestupech

způsob zapojeniacute motoru-přiacutemyacute chod reverzniacute chodhellip

Při vyacuteskytu přetiacuteženiacute dojde k vybaveniacute ochrany Na LCD je možneacute sledovat časovyacute odpočet

kteryacute zbyacutevaacute do dalšiacuteho možneacuteho uvedeniacute motoru do chodu po vychladnutiacute Po uplynutiacute tohoto

časoveacuteho uacuteseku může byacutet motor opět spuštěn [1]

Obr 23 Popis UMC100-PAN

1 3 stavoveacute LED

zelenaacute ndash zařiacutezeniacute připraveno

žlutaacute ndash zařiacutezeniacute v chodu

červenaacute ndash hlaacutešeniacute poruchy

2 podsviacutecenyacute LCD display

3 vstup do menu ovlaacutedaacuteniacute (Enter Control Menu)

4 vstup do menu nastaveniacute (Enter Configuration Menu)

5 posun nahoru

6 stop motoru

7 posun dolů

8 start motoru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 20

23 Napěťovyacute a rozšiřovaciacute modul

Napěťovyacute VI15x a rozšiřovaciacute (vstupně vyacutestupniacute) modul DX1xx sloužiacute pro možneacute rozšiacuteřeniacute

UMC o dalšiacute vstupy a vyacutestupy v přiacutepadě modulu DX a o měřeniacute napětiacute pomociacute modulu VI

231 Nastaveniacute komunikace

Při použitiacute rozšiřovaciacutech modulů je nejprve nutno pomociacute UMC100-PAN nastavit jejich

připojeniacute Nastaveniacute a uvedeniacute do chodu je provedeno naacutesledujiacuteciacutem způsobem

V hlavniacutem menu (ovlaacutedaacuteniacute pomociacute LCD) vybereme položku IO modules a volbu potvrdiacuteme

přiacuteslušnyacutem tlačiacutetkem Tlačiacutetky Nahoru nebo Dolů vybereme požadovanyacute modul kteryacute chceme

propojit s kontroleacuterem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on [1]

Nastaveniacutem na bdquoonldquo uvedeme moduly do provozu Funkce napěťoveacuteho modulu (VI15x) je

ověřitelnaacute jednoduchyacutem způsobem Pokud nejsou připojeny napaacutejeciacute faacuteze na svorky L1L2 a L3

modulu zařiacutezeniacute hlaacutesiacute chybu z důvodu ochrany při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze [4] [5]

232 VI15x- FBP

VI15x je přiacutedavnyacute napěťovyacute modul sloužiacuteciacute pro měřeniacute sdruženeacuteho popř faacutezoveacuteho napětiacute

motoru Z hodnot proudu měřenyacutech UMC a napětiacute pomociacute VI15x je možno vyhodnotit faacutezovyacute

posuv mezi napětiacutem a proudem Naměřeneacute hodnoty putujiacute skrze komunikačniacute kanaacutel směrem k

UMC100 K propojeniacute s UMC100 sloužiacute piny s označeniacutem Ca a Cb Daacutele modul obsahuje svorky

pro připojeniacute jednotlivyacutech faacutezovyacutech vodičů L1L2 a L3 Pro spraacutevnyacute sled faacuteziacute a jeho detekci musiacute

byacutet dodrženo spraacutevneacute zapojeniacute vzhledem k proudům měřenyacutem v UMC VI150 sloužiacute pro

připojeniacute pouze do uzemněneacute soustavy ( TN-C nebo TN-S) Modul VI155 lze naopak použiacutet jak

pro uzemněneacute soustavy (TN) tak i pro neuzemněneacute (IT) Oba typy sloužiacute k upevněniacute na DIN

lištu [1] [3]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 21

2321 Vnitřniacute struktura VI150-FBP

Obraacutezek přibližuje vnitřniacute strukturu použiteacuteho napěťoveacuteho modulu VI150

Obr 24 Struktura napěťoveacuteho modulu VI150 [3]

Obr 25 Vnějšiacute popis modulu VI150 pro UMC100-FBP

1 konektory pro komunikaci s UMC100 a pro komunikaci s rozšiřovaciacutemi moduly DX111-

FBP a DX122-FBP

2 napěťoveacute vstupy

3 releacuteovyacute vyacutestup

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 22

4 svorky pro připojeniacute napaacutejeciacuteho napětiacute 24VDC

5 3 stavoveacute LED

zelenaacute - zařiacutezeniacute připraveno

žlutaacute - varovaacuteniacute

červenaacute - porucha zařiacutezeniacute

6 popisovyacute štiacutetek

233 DX111-FBP

Modulaacuterniacute zařiacutezeniacute umožňujiacuteciacute rozšiacuteřeniacute UMC100 o dalšiacute pomocneacute vstupy a vyacutestupy

použitelneacute pro různaacute hlaacutešeniacute a vyacutestrahy Digitaacutelniacute vstupy jsou potenciaacuteloveacute s napětiacutem 24V DC

Proto je nutneacute pro ovlaacutedaciacute obvody dodržet napětiacute 24V DC nebo bezpotenciaacuteloveacute kontakty (tj

releacute) připojeneacute ze svorky +24V

Rozšiřovaciacute modul DX111-FBP nabiacuteziacute množstviacute vstupů a vyacutestupů uvedenyacutech v (Tab 21)

Vstupy 8 digitaacutelniacutech vstupů 24V DC

Vyacutestupy 4 releacuteoveacute vyacutestupy

1 analogovyacute vyacutestup

Vstupniacute napětiacute 24V DC

Vstupniacute proud 60 mA

Logickaacute 0 -312hellip+5V DC

helliphelliphelliphellipcv1 +15hellip+312V DC

Tab 21 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX111-FBP [1]

234 DX122-FBP

Multifunkčniacute modul DX122-FBP maacute srovnatelneacute vlastnosti jako předešlaacute DX111 ovšem

rozdiacutel je v tom že DX122 nabiacuteziacute osm digitaacutelniacutech vstupů pro napětiacute 110V až 230V AC

Vstupy 8 digitaacutelniacutech vstupů 110-230V AC

Vyacutestupy 4 releacuteoveacute vyacutestupy

1 analogovyacute vyacutestup

Vstupniacute napětiacute 110V AChellip 240V AC

Vstupniacute proud 60 mA

Logickaacute 0 0hellip 40V AC

helliphelliphelliphelliphellip 1 74hellip 265V AC

Tab 22 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX122-FBP [1]

Pomocnyacute rozšiřovaciacute modul se k UMC100 připojiacute na svorky Ca a Cb patrneacute na (Obr 21)

Připojeniacute lze proveacutest prostou kroucenou dvoulinkou Vzhledem k omezenyacutem prostoraacutem

rozvaacuteděčů kam je UMC100 instalovaacuteno je možneacute připojit rozšiřovaciacute modul odděleně od

kontroleacuteru a to až do vzdaacutelenosti maximaacutelniacute deacutelky 3m [1] [5]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 23

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezek (Obr 26) opět popisuje svorky a monitorovaciacute prvky DX122

Obr 26 Vnějšiacute popis IO modulu DX122-FBP pro UMC100-FBP

1 releacuteoveacute vyacutestupy (čaacutest 1)

2 releacuteoveacute vyacutestupy (čaacutest 2)

3 analogovyacute vyacutestup

4 komunikačniacute port s UMC

5 popisovyacute štiacutetek

6 digitaacutelniacute vstupy (110V AC- 230V AC)

7 3 stavoveacute LED

zelenaacute ndash zařiacutezeniacute v provozu

žlutaacute ndash vyacutestraha

červenaacute ndash porucha modulu

8 svorky pro napaacutejeniacute 24 V DC

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 24

24 Proudovyacute měřiacuteciacute transformaacutetor

Proudoveacute měřiacuteciacute transformaacutetory sloužiacute pro měřeniacute většiacutech hodnot střiacutedavyacutech proudů než je

dovoleno měřiacuteciacutem přiacutestrojem a takeacute ke galvanickeacutemu odděleniacute vedeniacute od měřiacuteciacuteho přiacutestroje

Funkce je založena na principu elektromagnetickeacute indukce Primaacuterniacute vinutiacute je tvořeno silovyacutem

vodičem měřeneacuteho vedeniacute Průchodem proudu primaacuterniacutem vedeniacutem se v magnetickeacutem obvodu

(jaacutedru) vytvaacuteřiacute magnetickyacute tok Φ a na zaacutekladě Faradayova zaacutekona elektromagnetickeacute indukce se

v sekundaacuterniacutem vinutiacute indukuje napětiacute Na sekundaacuterniacute vinutiacute je připojena měřiacuteciacute soustava

Obr 27 Magnetizačniacute charakteristika feromagnetickeacuteho materiaacutelu

Z průběhu magnetizačniacute charakteristiky feromagnetickeacuteho materiaacutelu (zaacutevislosti magnetickeacute

indukce na intenzitě magnetickeacuteho pole ) je patrnyacute stav kdy dojde k nasyceniacute magnetickeacuteho

obvodu transformaacutetoru Při nasyceniacute dochaacuteziacute ke změně vlastnostiacute feromagnetickeacuteho materiaacutelu

a křivka se od lineaacuterniacuteho průběhu odklaacuteniacute (tzv koleno magnetizačniacute křivky)

Obr 28 Měřiacuteciacute transformaacutetor proudu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 25

241 Externiacute proudovyacute transformaacutetor CTs

Externiacute přiacutestrojovyacute transformaacutetor proudu (daacutele jen PTP) se použiacutevaacute v přiacutepadě je-li jmenovityacute

proud motoru vyššiacute než 63A tzn sloužiacute k přizpůsobeniacute proudoveacuteho rozsahu na hodnotu kterou

je schopno UMC změřit UMC100 je schopneacute pracovat pomociacute sveacuteho vnitřniacuteho transformaacutetoru

proudu s proudem 024A až 63A Použitiacutem externiacuteho proudoveacuteho transformaacutetoru je možneacute měřit

až do hodnoty 850A PTP k UMC100 majiacute převod 1854 3104 5004 a 8504 Sekundaacuterniacutemu

vinutiacute odpoviacutedajiacute 4A což uvaacutediacute popis jednotlivyacutech typů proudovyacutech transformaacutetorů uvedenyacutech v

Tab 23 (čiacuteslo uvedeneacute za lomiacutetkem) např CTxLxxxR4 PTP maacute definovanou třiacutedu přesnosti

3 v celeacutem rozsahu měřeneacuteho proudu K nasyceniacute magnetickeacuteho obvodu transformaacutetoru dochaacuteziacute

přibližně při osminaacutesobku jmenoviteacuteho proudu In Transformaacutetor je navržen s třiacutedou přesnosti

5P10 to znamenaacute že je deklarovaacutena průměrnaacute chyba menšiacute než 5 při 10 naacutesobku jmenoviteacute

hodnoty proudu

Typ Rozsah měřeneacuteho proudu

[A] Max proud CT

[A]

CT4L185R4 60 až 185 1480

CT4L310R4 180 až 310 2480

CT5L500R4 300 až 500 4000

CT5L850R4 500 až 850 6800

Tab 23 Typy externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů s měřenyacutem rozsahem proudu [1]

Přiacuteklad zvoleniacute přiacuteslušneacuteho proudoveacuteho transformaacutetoru

Maacuteme-li asynchronniacute motor se jmenovityacutem proudem napřiacuteklad In =190 A a rozběhovyacutem proudem

pak

(241)

Podle jmenoviteacuteho proudu motoru In ležiacuteciacuteho v rozsahu měřeneacuteho proudu přiacuteslušneacuteho CT

určiacuteme typ CT Nachaacuteziacute-li se jmenovityacute proud na mezi některeacuteho z měřenyacutech rozsahů CT voliacute se

takovyacute transformaacutetor kteryacute maacute většiacute hodnotu maximaacutelniacuteho proudu než vyacuteslednyacute proud

vypočtenyacute Pro přiacutepad kdy In = 190 A je zvolenyacute typ CT4L310R4 Maximaacutelniacute proud Imax splňuje

požadavek kdy Imax lt max proud CT [1]

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezky představujiacute konstrukce externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 26

Obr 29 Konstrukce CT4L185R4 a CT4L310R4 [3]

Obr 210 Konstrukce CT5L500R4 a CT5L850R4 [3]

Zapojeniacute svorkovnice proudoveacuteho transformaacutetoru CTxLxxxR4 a propojeniacute s integrovanyacutem

proudovyacutem transformaacutetorem UMC100 Na Obr 211 je takeacute ukaacutezka zapojeniacute měřiacuteciacuteho modulu

VI150 na přiacutevodniacutech faacuteziacutech motoru a dodrženyacutem spraacutevnyacutem sledem faacutezovyacutech vodičů

Obr 211 UMC100-FBP s CT a VI150 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 27

Obecně platiacute že vyacutevody sekundaacuterniacuteho vinutiacute měřiacuteciacuteho transformaacutetoru proudu jsou buď

zapojeny na zaacutetěž nebo jsou propojeny do zkratu a jeden z vyacutevodů je uzemněn Princip je patrnyacute

z Obr 212 V praxi dochaacuteziacute k několika chybaacutem způsobenyacutech neznalostiacute problematiky Jednou

může byacutet neuzemněniacute jedneacute ze svorek sekundaacuterniacuteho vinutiacute Pak vznikaacute kapacitniacute vazba a

sekundaacuterniacute vinutiacute v nepřiacutezniveacutem přiacutepadě může vysokyacutem napětiacutem termionicky působit - jiskřit na

kostru Při delšiacutem trvaacuteniacute jiskřiveacuteho vyacuteboje v jednom miacutestě se mohou vytvořit vodiveacute cesty a dojiacutet

k průrazu izolace vodiče k nežaacutedouciacutemu potenciaacutelu [8]

Obr 212 Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů proudu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 28

25 Monitorovaciacute zařiacutezeniacute zemniacuteho spojeniacute CEM11-FBP

Monitorovaciacute zařiacutezeniacute CEM11 sloužiacute pro sledovaacuteniacute svodovyacutech proudů respektive zemniacutech

poruch způsobenyacutech nejčastěji poškozenou izolaciacute Detekovaacuteniacute takoveacuteto zemniacute poruchy vede

k odpojeniacute motoru aby nedošlo k jeho většiacutemu poškozeniacute nebo vede k upozorněniacute obsluhy

Možneacute použitiacute je jak v siacutetiacutech uzemněnyacutech tak i neuzemněnyacutech

Průvlečneacute oko je tvořeno toroidniacutem transformaacutetorem kteryacutem jsou vedeny všechny 3 faacutezoveacute

vodiče motoru Zařiacutezeniacute hliacutedaacute to aby součet faacutezorů proudů byl nulovyacute Jakmile dojde k zemniacutemu

spojeniacute tzn součet faacutezorů proudů je nenulovyacute integrovanaacute elektronika CEM11 sepne nebo

rozepne vyacutestup Vyacutestup z CEM11 pracuje jako kontakt kteryacute detekovanou hodnotou proudu

sepne nebo rozepne 24V DC jenž poteacute může byacutet připojeno jako např digitaacutelniacute vstup do UMC

Nastaveniacute zpožděniacute sepnutiacute varovaacuteniacute nebo odpojeniacute lze zvolit v UMC a to v rozsahu od 01s ndash

255s Nastaveniacute citlivosti spiacutenaacuteniacute je možneacute v několika krociacutech Poloha přepiacutenače (0-7) s toleranciacute

na pozici 0 cca plusmn30 a daacutele vždy s toleranciacute cca plusmn10

CEM11 je možneacute uložit spolu s ostatniacutemi komponenty na DIN lištu normovaneacuteho rozměru

35mm nebo pomociacute přiacutedavneacuteho klipu pro nejmenšiacute rozměr CEM11-FBP20 [1]

Průměr průvlečneacuteho

oka [mm]

Proudovyacute rozsah

[mA]

20 80 - 1700

35 100 - 3400

60 120 - 6800

120 240 - 13600

Tab 24 Rozměry vyraacuteběnyacutech CEM11-FBPs udaacutevanyacutemi hodnotami svodovyacutech proudů

Obr 213 Zapojeniacute CEM11-FBP do obvodu [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 29

26 Napaacutejeciacute zdroj

Pro napaacutejeniacute modulů UMC100 DX122 a VI150 sloužiacute zdroj typu CP-D 2413 Jednaacute se o

napaacutejeciacute zdroj kteryacute na sveacutem vyacutestupu dovoluje regulaci napětiacute 24-28V DC s toleranciacute plusmn 1

Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute je umožněna z důvodu připojeniacute modulů na dlouheacute vedeniacute kde

vznikajiacute uacutebytky napětiacute praacutevě vlivem deacutelky vedeniacute Zpravidla klesne-li na vedeniacute napětiacute od

jednoho zdroje na ktereacutem je nastaveno maximaacutelniacute vyacutestupniacute napětiacute pod minimaacutelniacute hodnotu

potřebnou pro napaacutejeniacute modulu je nutneacute použiacutet dalšiacute napaacutejeciacute zdroj Maximaacutelniacute proud zdroje je

Imax = 13A a jmenovityacute vyacutestupniacute vyacutekon 30W Tento typ zdroje je diacuteky svyacutem modulaacuterniacutem

rozměrům možneacute umiacutestit na DIN lištu (EN50022-35) [6]

Naacutesledujiacuteciacute zatěžovaciacute charakteristika znaacutezorňuje zaacutevislost svorkoveacuteho napětiacute zdroje na

odebiacuteraneacutem proudu pro teplotu T=25degC

Obr 214 Zatěžovaciacute charakteristika zdroje CP-D 2413[6]

Obr 215 Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 30

27 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

Tento modul poskytuje komunikaci pro FieldBusPlug zařiacutezeniacute jako je např UMC100

s počiacutetačem prostřednictviacutem siacutetě Ethernet K MTQ22 lze připojit až 4 zařiacutezeniacute pro uacutesporu

naacutekladů Naacutesledujiacuteciacute popis je vztažen k Obr 216 kde jsou znaacutezorněny jednotliveacute čaacutesti modulu

1 konektory s označeniacutem X1 až X4 sloužiacute pro připojeniacute až 4 zařiacutezeniacute FBP

2 LED diody pro signalizaci aktuaacutelniacuteho stavu komunikace

3 micro USB konektor s označeniacutem X5 pro připojeniacute a konfiguraci pomociacute PC

4 dvě RJ45 zaacutesuvky s označeniacutem E1 a E2 pro připojeniacute pomociacute Ethernetoveacuteho kabelu

5 konektor pro připojeniacute 24V DC napaacutejeciacuteho napětiacute nese označeniacute X6

Obr 216 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 31

OCHRANNEacute FUNKCE 3Kontroleacuter nabiacuteziacute velkeacute množstviacute ochrannyacutech funkciacute potřebnyacutech pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacuteho chodu

motoru Některeacute funkce jsou aktivniacute pouze po čaacutest běhu motoru typicky při startu motoru jineacute

po jeho rozběhu Naacutesledujiacuteciacute tabulka (Tab 31) nastiacuteniacute přehled nejdůležitějšiacutech ochran motoru a

čas kdy jsou aktivovaacuteny

Ochrannaacute funkce Aktivniacute

Při tepelneacutem přetiacuteženiacute Vždy

Při zablokovaneacutem rotoru Při startu motoru

Při proudoveacutem přetiacuteženiacute Po startu

Při proudoveacutem podtiacuteženiacute Po startu

Sled faacuteziacute Vždy

Při faacutezoveacute nesymetrii Vždy

Při ztraacutetě faacuteze Vždy

PTC ochrana Vždy

Při zemniacutem spojeniacute Vždy po spuštěniacute

Při napěťovyacutech špičkaacutech Vždy

Při harmonickeacutem zkresleniacute Vždy

Tab 31 Ochranneacute funkce [1]

Nastaveniacute parametrů jednotlivyacutech ochran probiacutehaacute pomociacute UMC100-PAN

31 Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute

UMC100 disponuje nastavitelnyacutem vypiacutenaacuteniacutem při tepelneacutem přetiacuteženiacute podle třiacuted 5E 10E 20E

30E a 40E viz Obr 31 Tyto třiacutedy uvaacutedějiacute poměr mezi aktuaacutelniacutem prochaacutezejiacuteciacutem proudem

motorem I a jmenovityacutem proudem motoru In uvedenyacutem na štiacutetku v zaacutevislosti na maximaacutelniacute době

rozběhu t

Třiacuteda 5E 10E 20E 30E 40E

t [s] 15 3 6 3 12

Tab 32 Třiacutedy přetiacuteženiacute a čas odpojeniacute

Lze hovořit o dvou typech rozběhu motoru

1 normaacutelniacute rozběh - do 10s

2 těžkyacute rozběh - viacutece jak 10s

Při rozběhu zatiacuteženeacuteho motoru se otaacutečky zvyšujiacute z nuloveacute hodnoty na jmenovitou přičemž

dochaacuteziacute k naacuterůstu proudu až na několikanaacutesobek jeho jmenoviteacute hodnoty Zpravidla u většiacutech

motorů byacutevaacute naacuterůst až 10In tudiacutež v tento bdquokritickyacuteldquo okamžik nesmiacute vybavit ochrana na tepelneacute

přetiacuteženiacute Rozběh motoru pro UMC končiacute při poklesu proudu I na hodnotu 135 proudu

jmenoviteacuteho In nebo při dosaženiacute jmenovityacutech otaacuteček nn Udaacutevaneacute časy představuje Tab 32

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 32

311 Určeniacute teploty vinutiacute a vypiacutenaciacute třiacutedy

Podle způsobu určeniacute teploty vinutiacute motoru se ochrany rozlišujiacute na proudově nezaacutevisleacute a

proudově zaacutevisleacute

Proudově nezaacutevisleacute ochrany měřiacute přiacutemo teplotu ve vinutiacute motoru pomociacute vhodneacuteho čidla

teploty zpravidla termistoru Tiacutemto způsobem lze zjistit nedovoleneacute otepleniacute způsobeneacute např

poruchou cirkulace vzduchu kterou proudově zaacutevislaacute ochrana neniacute schopna vyhodnotit

Proudově zaacutevisleacute ochrany vyhodnocujiacute teplotu vinutiacute motoru nepřiacutemo a to prostřednictviacutem

vyacutepočtoveacuteho modelu z provozniacuteho proudu motoru Zvyacutešeniacute provozniacuteho proudu motoru maacute za

naacutesledek otepleniacute ktereacute vede trvaacute-li delšiacute dobu k poškozeniacute nebo zničeniacute motoru Ochrana při

tepelneacutem přetiacuteženiacute ndash TOL chraacuteniacute motor před přehřaacutetiacutem Tepelnyacute model je vypočiacutetaacutevaacuten za chodu i

v klidu motoru a z těchto stavů se pak zjistiacute tepelnaacute kapacita Znalost teacuteto hodnoty vede

k maximalizaci produktivity Funkčnost tepleneacuteho modelu je v souladu s normou

Při použitiacute motoru pro cyklickeacute operace dochaacuteziacute ke schodoviteacutemu zvyšovaacuteniacute teploty motoru Je

zapotřebiacute volit spraacutevnyacute čas intervalu mezi cykly aby nedochaacutezelo k přehřaacutetiacute a zbytečneacutemu

poškozeniacute izolace vinutiacute motoru

Funkce Thermal load (tzv tepelnaacute zaacutetěž) hliacutedaacute poměr aktuaacutelniacuteho prochaacutezejiacuteciacuteho proudu I a

jmenoviteacuteho proudu In motoru Jakmile poměr IIn přesaacutehne 100 začiacutenaacute odpočet TTT a motor

bude odpojen po uplynutiacute nastaveneacute periody Možnost opětovneacuteho spuštěniacute přetiacuteženeacuteho motoru

proběhne po jeho vychladnutiacute To je možneacute nastavit dvěma způsoby [1]

1 Ručně nastavenou periodou během ktereacute je motor blokovaacuten proti spuštěniacute

(ovlivňovaacuteno velikostiacute motoru teplotou prostřediacute kde je motor použit zda je vybaven

ventilaacutetorem či neniacute apod)

2 Nastaveniacutem procentuaacutelniacute hodnoty tepelneacute kapacity do ktereacute nebude moci obsluha

motor spustit (při nastaveniacute 50 nedojde k odblokovaacuteniacute ochrany pokud neklesne

tepelnaacute kapacita pod zadanou hodnotu)

Určeniacute vypiacutenaciacute třiacutedy je představeno na naacutesledujiacuteciacutem přiacutekladu

Maacuteme-li trojfaacutezovyacute asynchronniacute motor o vyacutekonu 22kW poměr IIn = 5 a maximaacutelniacute dobu

rozběhu to = 10s Z přiloženeacuteho grafu vypiacutenaciacutech třiacuted pro studenyacute motor určiacuteme požadovanou

třiacutedu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 33

Obr 31 Vypiacutenaciacute třiacutedy pro UMC100-FBP[1]

Z vyacutesledku je patrneacute že motor budeme vypiacutenat proti přetiacuteženiacute podle třiacutedy 5E jelikož křivka

pro 5E je pod maximaacutelniacute dobou rozběhu to = 10s Pokud by došlo ke zvoleniacute např třiacutedy 10E

hrozilo by poškozeniacute motoru jelikož by na motor působilo přetiacuteženiacute delšiacute dobu než je tomu

dovoleno [10]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 34

32 Ochrana při zablokovaneacutem rotoru

V okamžiku připojeniacute motoru na napaacutejeciacute siacuteť se rotor neotaacutečiacute (n = 0 s = 1) Motor je ve

stavu nakraacutetko a jeho proud je omezen pouze ohmickyacutemi odpory a rozptylovyacutemi reaktancemi

vinutiacute Zaacuteběrnyacute proud I1z dosahuje většinou 4 až 10 x většiacutech hodnot než proud jmenovityacute In

Určit velikost tohoto proudu je možneacute ze vztahu 321

radic

kde

U1 - Vstupniacute napětiacute

R1 - Odpor primaacuterniacuteho vinutiacute

Xr1 - Reaktance statoroveacuteho vinutiacute

Xrsquor20 - Reaktance zabrzděneacuteho rotoru

Rlsquo2s - Celkovyacute činnyacute odpor rotoru

RFe - Činnyacute odpor magnetickeacuteho obvodu

Xm - Reaktance magnetickeacuteho obvodu

I1z - Zaacuteběrnyacute proud

Obr 32 Obvodovyacute model asynchronniacuteho motoru pro jednu faacutezi statoroveacuteho vinutiacute ndash nakraacutetko

Velkyacute zatěžovaciacute moment Mz nebo mechanickaacute porucha může zapřiacutečinit zablokovaacuteniacute rotoru

Ochrannaacute funkce detekuje dlouhou počaacutetečniacute situaci kteraacute je praacutevě důsledkem zmiacuteněnyacutech přiacutečin

UMC100 tiacutemto odpojiacute motor od napaacutejeniacute čiacutemž ho ochraacuteniacute od nadměrneacuteho tepelneacuteho namaacutehaacuteniacute

V uživatelskeacutem prostřediacute je možneacute individuaacutelně nastavit jak maximaacutelniacute proud tak i čas po

ktereacutem dojde k odpojeniacute zablokovaneacuteho motoru Pro experimentaacutelniacute použitiacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy je nastavena hodnota poměru pro odpočet a naacutesledneacute odpojeniacute IIn na 300 [1] [9]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 35

33 Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute zabezpečiacute odpojeniacute motoru vyskytne-li se v obvodu většiacute

hodnota proudu než nastavenaacute jmenovitaacute In Bliacuteže tuto funkci představiacute přiloženyacute průběh Funkce

je aktivniacute až po roztočeniacute motoru v okamžiku rozběhu je neaktivniacute

Princip ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Do okamžiku T1 od zapnutiacute klesne zaacuteběrnyacute proud na hodnotu cca Ix = 135 In V časoveacutem

uacuteseku T1 až T2 dochaacuteziacute k naacuterůstu prochaacutezejiacuteciacuteho proudu motorem V okamžiku T2 překročiacute

proud hodnotu Ivar Tiacutemto okamžikem začne odpočet nastaveneacute doby zpožděniacute tvar kteraacute po

uplynutiacute sepne signalizaci varovaacuteniacute nadproudoveacuteho přetiacuteženiacute Odpočet doby tvar narůstaacute je-li

proud motorem I gt Ivar Jakmile proud I ge Iodp dochaacuteziacute k sepnutiacute čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute todp

Platiacute-li podmiacutenka I ge Iodp a dojde k načteniacute hodnoty todp UMC100 odpojiacute motor od napaacutejeniacute a tiacutem

zabraacuteniacute jeho poškozeniacute

Obr 33 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu přetiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash dosaženiacute vysokeacute proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash dosaženiacute hodnoty proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

34 Ochrana při proudoveacutem podtiacuteženiacute

Jakmile hodnota (činneacuteho) proudu klesne pod nastavenou uacuteroveň kteraacute je pro danyacute proces

typickaacute dojde v UMC100 k vybaveniacute ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a motor odpojiacute od

napaacutejeniacute Tato ochrana se předevšiacutem využiacutevaacute pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacute funkce čerpadla když detekuje

ztraacutetu jeho saacuteniacute či pro paacutesoveacute dopravniacuteky ve vyacuterobniacutech provozech Včasneacute varovaacuteniacute a odpojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 36

motoru snižuje zejmeacutena prostoje vyacuteroby Princip varovaacuteniacute a odpojeniacute je představen na

naacutesledujiacuteciacutem průběhu jak tomu bylo u ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Princip ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute zobrazeneacuteho průběhu

Po poklesu aktuaacutelniacuteho proudu v okamžiku T1 motor normaacutelně běžiacute V časoveacutem uacuteseku T1 až

T2 dochaacuteziacute k poklesu proudu pod jmenovitou hodnotu In až na nastavenou hodnotu Ivar Při

dosaženiacute teacuteto hodnoty začne odpočet varovaacuteniacute proudoveacuteho podtiacuteženiacute Nepřesaacutehne-li proud za

dobu kratšiacute než tvar mez Ivar (tzn nevzroste-li se zpět k In) dojde ke spuštěniacute signalizace

proudoveacuteho podtiacuteženiacute Při pokračujiacuteciacutem poklesu proudu jak je patrneacute v časoveacutem intervalu T2-T3

až na mez Iodp dojde k čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute Při překročeniacute nastaveneacute doby todp a za

podmiacutenky že proud I le Iodp UMC100 motor odpojiacute od napaacutejeciacute siacutetě

Obr 34 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash niacutezkaacute proudovaacute uacuteroveň kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash hodnota proudu kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

Popis funkce ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute blokoveacuteho scheacutematu

Signaacutel Istart představuje hodnotu proudu po startu motoru- log 1(tzn Signalizace motoru v

chodu) Tento signaacutel tvořiacute vstup logickeacuteho hradla AND (1) Funkci tohoto hradla znaacutezorňuje

přiloženaacute tabulka Tab 33 Druhyacute vstup signalizuje aktuaacutelniacute hodnotu proudu kteraacute motorem

proteacutekaacute Je-li proud IltIvar detekuje hradlo AND druhou logickou jedničku a hradlo vybaviacute podle

přiloženeacute tabulky Tento signaacutel z hradla aktivuje časovač zpožděniacute varovaacuteniacute Po uplynutiacute

nastaveneacuteho časoveacuteho uacuteseku signalizuje podtiacuteženiacute Dochaacuteziacute-li staacutele k poklesu proudu až do

uacuterovně kdy IltIodp pak na druheacutem logickeacutem hradle AND (2) budou na vstupu log 1 Sepne

čiacutetaacuteniacute zpožděniacute vypnutiacute a po uplynutiacute doby UMC motor vypne

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 37

Obr 35 Blokoveacute scheacutema ochrany proti proudoveacutemu podtiacuteženiacute [1]

Vstup Vyacutestup

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

Tab 33 Princip funkce logickeacuteho hradla AND

341 Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek

Při chodu asynchronniacuteho motoru odebiacuteraacute stroj ze siacutetě jalovyacute proud kteryacute je potřebnyacute pro

vytvořeniacute magnetizace hlavniacuteho magnetickeacuteho obvodu Tento tzv magnetizačniacute proud je

nezaacutevislyacute na zatiacuteženiacute stroje Uplatněniacute nalezne zejmeacutena při chodu napraacutezdno a maleacutem zatiacuteženiacute

kdy je uacutečiniacutek motoru niacutezkyacute Motor maacute tedy nejleacutepe pracovat při plneacutem zatiacuteženiacute[11]

Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek jsou důležiteacute parametry pro detekovaacuteniacute niacutezkeacute zaacutetěže nebo situace bez

zaacutetěže např uzavřenyacute ventil Pomociacute napěťoveacuteho modulu VI15x a UMC je měřeno sdruženeacute

(faacutezoveacute) napětiacute faacutezovyacute proud čili i faacutezovyacute posuv mezi proudem a napětiacutem - cos φ Pomociacute těchto

parametrů je UMC schopneacute analogicky spočiacutetat hodnotu činneacuteho přiacutekonu

radic

Poklesne-li poteacute činnyacute přiacutekon pod nastavenou procentuaacutelniacute hodnotu P (př 85 Pn) motor vypne

tj bude-li PPn le 085

Experimentaacutelniacutem měřeniacutem v raacutemci laboratorniacute uacutelohy byla pomociacute přiacutestroje Yokogawa WT1800

změřena zaacutevislost uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute motoru Z vyacutesledneacuteho grafu (Obr 37) je

patrneacute že se snižovaacuteniacutem zatiacuteženiacute rotoru klesaacute velikost uacutečiniacuteku Naměřeneacute hodnoty pro konstrukci

grafu jsou uvedeny v přiacuteloze

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 38

Obr 36 Charakteristiky asynchronniacuteho motoru při zatiacuteženiacute [11]

Obr 37 Graf zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti P2

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

01

02

03

04

05

06

07

08

09

0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000

P1 [

W]

cos

ϕ [

-]

P2 [W]

P2 P1 Q1

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 39

35 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

Princip ochrany

Je-li poměr nejnižšiacuteho proudu (Imin) a nejvyššiacuteho proudu (Imax) ve faacuteziacutech nad nastavenou

uacuterovniacute pro varovaacuteniacute sepne signalizace ztraacutety faacuteze Jakmile ovšem tento poměr překročiacute

nastavenou hodnotu pro odpojeniacute motoru sepne zpožděniacute vypnutiacute a podle nastaveneacute třiacutedy

přetiacuteženiacute motor po uplynutiacute časoveacuteho intervalu odpojiacute

Funkce faacutezoveacute nesymetrie je aktivniacute pouze tehdy je-li proud ve všech třech faacuteziacutech gt 25 In

(jmenoviteacuteho proudu) [1]

Naacutesledujiacuteciacute rovnice představuje vyacutepočet procentuaacutelniacuteho poměru proudu pro vypnutiacute motoru při

uacuteplneacute ztraacutetě faacuteze

(

)

36 Ochrana sledu faacuteziacute

Ochrana sledu faacuteziacute hliacutedaacute zejmeacutena spraacutevnyacute směr otaacutečeniacute motoru Důležiteacute pro použitiacute teacuteto

ochrany je miacutesto zapojeniacute napěťoveacuteho modulu VI15x Pokud by byl modul zapojen za stykači

nastala by chyba při reverzniacutem zapojeniacute Na stykačiacutech dochaacuteziacute zapojeniacutem k zaacuteměně dvou

faacutezovyacutech vodičů a tiacutem i změně směru otaacutečeniacute motoru UMC s pomociacute VI150 vyhodnotiacute situaci

jako chybovou a vypne motor Napěťovyacute modul se tedy zpravidla umiacutesťuje hned za hlavniacute jistiacuteciacute

prvek viz Obr 44

37 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Jedno z největšiacutech nebezpečiacute pro motor představuje ztraacuteta jedneacute napaacutejeciacute faacuteze Chod na 2

napaacutejeciacute faacuteze zatěžuje motor na tepelneacute uacutečinky proudu vlivem zvyacutešeniacute proudu ve zbylyacutech 2

faacuteziacutech UMC100 v tomto přiacutepadě vypiacutenaacute motor podle předem stanovenyacutech časovyacutech intervalů

Intervaly vypnutiacute jsou stejneacute jako pro ochranu proti proudoveacutemu přetiacuteženiacute (Tab 32) a

odpoviacutedajiacute nastaveneacute třiacutedě přetiacuteženiacute Tuto ochranu dřiacuteve zajišťovalo tepelneacute releacute ktereacute v tomto

přiacutepadě nemusiacute byacutet použito

38 PTC ochrana

381 Termistor

Termistor je polovodičovyacute nelineaacuterniacute dvojpoacutel jehož odpor se měniacute v zaacutevislosti na teplotě

prostřediacute ve ktereacutem pracuje Jeho vyacutehodou je že velmi rychle a citlivě reaguje na změnu teploty

Rozlišujeme zpravidla 2 druhy termistorů

1 NTC (Negative Temperature Coefficient) - termistor se zaacutepornyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou klesaacute jeho odpor (roste elektrickaacute vodivost a proud)

2 PTC (Positive Temperature Coefficient) ndash termistor s kladnyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou jeho odpor roste

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 40

Obr 38 Zaacutevislost odporu termistoru na teplotě

Použitiacute termistorů

NTC termistory se použiacutevajiacute zpravidla k měřeniacute teploty PTC se nejčastěji využiacutevaacute

v kuchyňskyacutech spotřebičiacutech kde je požadovaacutena konstantniacute teplota v termostatech a pro hliacutedaacuteniacute

teploty vinutiacute motorů

382 Princip PTC ochrany v UMC

Ochrana obecně spadaacute do skupiny proudově nezaacutevislyacutech ochran Pro připojeniacute PTC

termistoru sloužiacute na UMC100 svorky s označeniacutem T1 a T2 PTC zvyšuje svůj odpor s rostouciacute

teplotou proto je možneacute ho použiacutet pro hliacutedaacuteniacute teploty např vinutiacute statoru UMC je schopneacute

vyhodnotit tuto změnu odporu a vydaacute signaacutel k odpojeniacute motoru od siacutetě [7]

39 Ochrana při zemniacutem spojeniacute

Ochrana při zemniacutem spojeniacute spočiacutevaacute v ochraně motoru siacutetě a technologie při nežaacutedouciacutech

vlivech způsobenyacutech zejmeacutena staacuternutiacutem izolace a jejiacutem zhoršenyacutem izolačniacutem uacutečinkem

Naacutesledkem přetěžovaacuteniacute vedeniacute vlhkostiacute kondenzaciacute vody v elektrickeacutem zařiacutezeniacute nebo vrstvou

vodiveacuteho prachu jsou praacutevě zhoršeneacute vlastnosti izolačniacuteho materiaacutelu To vede k nechtěneacutemu

zemniacutemu spojeniacute Zemniacute spojeniacute je monitorovaacuteno pomociacute UMC spolu se zařiacutezeniacutem CEM11 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 41

DEMONSTRAČNIacute PŘIacutePRAVEK 4

41 Naacutevrh přiacutepravku

Pro demonstraci UMC100 a dalšiacutech prvků řady produktů od společnosti ABB sro byl

navržen přiacutepravek pomociacute software AutoCAD a Inventor Professional kteryacute byl poteacute zrealizovaacuten

a oživen Nosnaacute konstrukce (Obr 41) je vyrobena z jӓckelu o rozměru 25x25mm

Obr 41 Nosnaacute konstrukce

Čelniacute panel tvořiacute plech s rozměry 500x400mm a tloušťky 2mm Plech je osazen

rozvaděčovyacutemi kanaacutely 25x60mm a všemi potřebnyacutemi komponentami pro realizaci zapojeniacute

Vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho panelu s otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky a ovlaacutedaciacute tlačiacutetka motoru je na

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

Seznam použityacutech komponent Vyacuterobce

3-poacutelovyacute jistič C16 OEZ

Pojistkoveacute pouzdro RSP 4 Elektro Bečov

Komunikačniacute modul MTQ22-FBP ABB

Motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP ABB

Napěťovyacute modul VI150-FBP ABB

Rozšiřovaciacute modul DX122-FBP ABB

Ministykač LC1K09(LC1K12) Schneider Electric

Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A ABB

Rozvaděčovyacute kanaacutel 25x60mm KOPOS

Přiacutestrojoveacute zdiacuteřky 4mm do panelu AMASS

Tlačiacutetka do panelu 250V1A JIETONG

Tab 41 Seznam použityacutech komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 42

Pro konstrukci je důležiteacute aby navrženyacute panel rozměrově odpoviacutedal všem potřebnyacutem přiacutestrojům

a modulům Pro tuto přiacuteležitost je pomociacute software AutoCAD vytvořen vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho

panelu Obr 43 kteryacute je konstruovaacuten

Navrženyacute nosnyacute plech tloušťky 2mm na ktereacutem jsou umiacutestěny veškereacute komponenty Obr 42

Ve vrchniacute polovině plechu jsou vyvrtaacuteny otvory o průměru 4mm sloužiacuteciacute pro uchyceniacute

rozvaděčoveacuteho kanaacutelu a DIN lišty Ve středniacute čaacutesti plechu jsou 4 průvlečneacute otvory určeneacute k

průchodu vodičů ze zadniacute čaacutesti plechu (od napaacutejeciacutech svorek) do rozvaděčoveacuteho kanaacutelu na straně

předniacute Pro tuto potřebu jsou stejneacute otvory vyvrtaacuteny takeacute do dna kanaacutelu Ve spodniacute čaacutesti jsou

otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky pomociacute kteryacutech je zajištěno napaacutejeniacute panelu a poteacute napaacutejeniacute motoru

a 3 otvory na ovlaacutedaciacute tlačiacutetka k zajištěniacute ovlaacutedaacuteniacute motoru Uchyceniacute plechu k nosneacute konstrukci

je provedeno samořeznyacutemi šroubky M5 v roziacutech plechu

Obr 42 Naacutevrh plechu panelu

Vyacutekres plechu s udaacuteniacutem koacutet je obsažen v přiacuteloze praacutece viz Obr 01

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 43

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 44

42 Scheacutema zapojeniacute přiacutepravku

Demonstračniacute panel je uzpůsoben pro reverzniacute chod trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 44 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho přiacutepravku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 45

43 Vyacuteslednyacute přiacutepravek

Vyacuteslednyacute osazenyacute a zapojenyacute přiacutepravek určenyacute pro laboratorniacute uacutelohu doplněnyacute vhodnyacutemi

štiacutetky pro ovlaacutedaacuteniacute a zapojeniacute napaacutejeciacute siacutetě (VSTUP) a motoru (VYacuteSTUP)

Obr 45 Demonstračniacute přiacutepravek

Zadniacute čaacutest panelu s izolovaacuteniacutem konektorů FASTON pomociacute teplem smrštitelneacute bužiacuterky před

nebezpečnyacutem dotykem živeacute čaacutesti

Obr 46 Zadniacute pohled

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 46

44 Demonstračniacute kufr pro ABB

Pro společnost ABB sro byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 prezentujiacuteciacute

jeho možnosti Zaacutekladniacutem požadavkem naacutevrhu bylo řešeniacute pomociacute jednofaacutezoveacuteho napaacutejeniacute

Jelikož UMC100 je uzpůsobeno pro chod trojfaacutezovyacutech motorů je použit frekvenčniacute měnič

ACS50 kteryacute nabiacuteziacute při napaacutejeniacute pomociacute jednofaacutezoveacute siacutetě na sveacutem vyacutestupu napětiacute 3x230V50Hz

Pro digitaacutelniacute vstupy UMC100 a rozšiřovaciacuteho modulu DX111 je navrženo použitiacute dvoupoacutelovyacutech

paacutečkovyacutech přepiacutenačů s funkciacute (ON)-OFF-ON s napětiacutem 24V DC K signalizaci aktivniacutech vstupů

a vyacutestupů je navrženo použitiacute zelenyacutech signaacutelek Ovlaacutedaciacute panel kufru obsahuje spiacutenače pro

simulaci ztraacutety napaacutejeciacute faacuteze motoru potenciometr k simulaci faacutezoveacute nesymetrie daacutele červenou

signaacutelku pro signalizaci poruchovyacutech stavů a žlutou pro chod motoru Všechny přepiacutenače a

signaacutelky jsou přiacutestupneacute uživateli prostřednictviacutem navrženeacuteho ovlaacutedaciacuteho panelu kteryacute současně

posloužiacute jako kryt kufru (Obr 02) Jelikož pro přenosnyacute kufr neniacute nejvhodnějšiacute použitiacute

asynchronniacuteho motoru je proto použit 6-poacutelovyacute synchronniacute motor s přiacutekonem 23VA

vyacutestupniacutem vyacutekonem 105W a jmenovityacutem proudem 100mA

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 47

Obr 47 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho kufru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 48

SIMULACE OCHRAN 5Kapitola obsahuje soupis simulaciacute ochran ktereacute jsou demonstrovaacuteny v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jež se zabyacutevaacute problematikou UMC100 Z širokeacute škaacutely ochran jsou vybraacuteny 4 situace ktereacute

se v průmyslu často vyskytujiacute

51 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

K nasimulovaacuteniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii je použit posuvnyacute potenciometr kteryacute je

připojen na svorky (12) Pomociacute potenciometru bude snižovaacutena velikost napětiacute na přiacutevodniacute faacutezi

do motoru (L1) Pro demonstraci ochrany je použit napěťovyacute modul VI150 spolu s UMC100 Na

svorky modulu označeneacute (L1L2 a L3) jsou přivedeny faacuteze v uvedeneacutem sledu Při zvyšovaacuteniacute

odporu rezistoru ve faacutezi dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute napětiacute na přiacutevodniacute svorce (L1) vlivem rostouciacuteho

uacutebytku napětiacute na daneacutem rezistoru Je-li napěťovyacute modul propojen vodičem s UMC a je-li spraacutevně

nastaven UMC vyhodnotiacute po určiteacutem poklesu napětiacute a naacuterůstu proudu ve zbylyacutech dvou faacuteziacutech

(L2 a L3) jako chybovou a vybaviacute Nejprve bude vybaveno varovaacuteniacute a poteacute dojde k odpojeniacute

motoru

52 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze je motor vystaven vysokeacutemu riziku což většinou vede k jeho

zničeniacute Demonstrace ochrany proběhne uacuteplnyacutem odpojeniacutem napaacutejeciacute faacuteze L2 Pro vybaveniacute

ochrany neniacute zapotřebiacute aby byl motor v chodu neboť použitiacute napěťoveacuteho modulu VI150

detekuje nepřiacutetomnost napětiacute faacuteze a vybaviacute Při chodu motoru ochrana vybaviacute od 15s pro třiacutedu

5E a do 12s pro 40E podle nastaveneacute třiacutedy přetiacuteženiacute viz Tab 32 Princip funkce při chodu

motoru spočiacutevaacute v porovnaacuteniacute nejvyššiacute a nejnižšiacute naměřeneacute hodnoty faacutezoveacuteho proudu s

nastavenyacutemi uacuterovněmi Vyacutehodou je že signalizuje varovaacuteniacute ještě před samotnyacutem spuštěniacutem

motoru kdy může nastat stav že je přepaacutelena pojistka a obsluha toto nezaznamenala Mimo

přepaacuteleneacute pojistky se může takeacute jednat o uvolněnyacute nebo opotřebenyacute kontakt

53 Ochrana sledu faacuteziacute

Pro spraacutevnyacute chod motoru a diagnostiku pomociacute kontroleacuteru s použitiacutem napěťoveacuteho modulu je

zapotřebiacute dodržet sled faacuteziacute tzn Faacutezovyacute vodič L1rarrsvorka L1 L2 rarrsvorka L3 a L3rarrsvorka L3

Při zaacuteměně některyacutech faacutezovyacutech vodičů neprodleně vybaviacute ochrana sledu faacuteziacute a neniacute dovoleno

spuštěniacute motoru do okamžiku dokud neniacute obsluhou tento probleacutem vyřešen

54 PTC ochrana

Pro vyhodnocovaacuteniacute teploty vinutiacute statoru motoru sloužiacute termistor PTC Při zvyacutešeniacute teploty

nastaacutevaacute zvyacutešeniacute odporu termistoru (viz Obr 38) a motor odpojiacute Udaacutevanaacute odezva UMC na

změnu odporu je v rozmeziacute R = 34-38kΩ

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 49

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany

Z důvodu ochrany motoru neniacute vhodneacute vystavovat motor zvyacutešeneacute teplotě pro nastiacuteněniacute funkce

PTC ochrany Pro tento uacutečel posloužiacute zhotovenyacute box osazenyacute lineaacuterniacutem potenciometrem

s hodnotou odporu 25kΩ jemuž jsou předřazeny odpory 1kΩ a 330Ω

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 50

LABORATORNIacute UacuteLOHA 6

61 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100

Uacutekolem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute řiacutediacuteciacute a kontrolniacute jednotkou pro

provoz trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru UMC100

Motorovyacute kontroleacuter nabiacuteziacute 3 releacuteoveacute vyacutestupy Tyto vyacutestupy jsou připojitelneacute na napětiacute 230V AC s

maximaacutelniacutem proudem 1A Releacuteoveacute vyacutestupy sloužiacute zejmeacutena pro připojeniacute budiacuteciacutech ciacutevek stykačů

Hlavniacute vstupy jsou tvořeny seacuteriiacute svorek jež je umiacutestěnaacute ve spodniacute čaacutesti kontroleacuteru Svorky nesou

označeniacute (DI0 DI1 hellip DI5) Tyto digitaacutelniacute vstupy pracujiacute s napětiacutem 24V DC a sloužiacute pro

připojeniacute ovlaacutedaciacutech tlačiacutetek jako start motoru stop motoru reverzaci rozběh hvězda-trojuacutehelniacutek

nebo např použitiacute vstupu pro koncovyacute spiacutenač pro připojeniacute pomocnyacutech kontaktů stykačů či

funkci aktuaacutetor kdy je ovlaacutedaacuten pohon ventilu Vše podle nastaveniacute uživatele a pracovniacuteho

procesu Vedle hlavniacutech vstupniacutech kontaktů se nachaacuteziacute takeacute jeden vyacutestupniacute s označeniacutem (DO3)

Tento digitaacutelniacute vyacutestup lze využiacutet k připojeniacute 24V DC signalizačniacute kontrolky pro chybovaacute hlaacutešeniacute

modulu UMC100 nabiacuteziacute integrovanyacute vstup pro připojeniacute PTC termistoru Diacuteky PTC jsme

schopni hliacutedat teplotu statoroveacuteho vinutiacute a předejiacutet tiacutem zaacutevažneacutemu poškozeniacute motoru

Hlavniacute obvod

Měřeniacute proudu faacutezovyacutemi vodiči je řešeno pomociacute 3 průvlečnyacutech ok integrovanyacutech v modulu

Tato průvlečnaacute oka jsou měřiacuteciacutemi transformaacutetory proudu navinutyacutemi na toroidniacutem jaacutedře Diacuteky

těmto transformaacutetorům je kontroleacuter schopnyacute měřit proud v rozsahu 024 až 63A Pro vyššiacute

hodnoty proudů až 850A se použiacutevaacute externiacute proudovyacute transformaacutetor

Možnost rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru

UMC se v průmyslovyacutech aplikaciacutech nejčastěji použiacutevaacute s využitiacutem napěťoveacuteho a rozšiřovaciacuteho

(vstupně-vyacutestupniacuteho) modulu Pro laboratorniacute uacutelohu je použit napěťovyacute modul VI150 a

rozšiřovaciacute modul DX122 jenž jsou připojeny k UMC pomociacute UMCIO-CAB přes svorky

s označeniacutem Ca a Cb

Napěťovyacute modul VI150

K demonstraci kontroleacuteru je použit modul s označeniacutem VI150 Zařiacutezeniacute disponuje konektory pro

připojeniacute faacutezovyacutech vodičů (L1 L2 a L3) a je schopneacute měřit hodnotu sdruženeacuteho napětiacute siacutetě

S naměřenyacutemi hodnotami faacutezoveacuteho proudu pomociacute UMC dostaacutevaacuteme takeacute hodnotu faacutezoveacuteho

posuvu mezi napětiacutem a proudem tedy uacutečiniacuteku cos φ Z těchto naměřenyacutech parametrů vypočiacutetaacute

řiacutediacuteciacute jednotka kontroleacuteru činnyacute přiacutekon Ovšem pro spraacutevnou detekci napětiacute je nutneacute dodržet

zapojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 51

Vstupně-vyacutestupniacute modul DX122

Modul umožňuje rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru o dalšiacutech 8 digitaacutelniacutech vstupů na napětiacute 110-230V AC 4

releacuteoveacute vyacutestupy a 1 analogovyacute vyacutestup Pomociacute programu ABB Asset Vision Basic je možneacute

přiacutemeacute přiřazeniacute parametrů a programovaacuteniacute UMC100 a takeacute všech zařiacutezeniacute kteraacute jsou vybavena

DTM (Device Type Manager)- naacutestroj pro konfiguraci a spraacutevu zařiacutezeniacute

Komunikačniacute modul MTQ22

O komunikaci mezi UMC a PC se staraacute modul MTQ22 V software vytvořeneacutem pomociacute

vyacutevojoveacuteho prostřediacute LabVIEW lze sledovat aktuaacutelniacute měřeneacute veličiny zobrazenaacute varovaacuteniacute

poruchovyacutech stavů informace o stavu vstupů a vyacutestupů apod

Napaacutejeciacute zdroj

Napaacutejeniacute modulů zajišťuje zdroj CP-D 2413A s regulaciacute vyacutestupniacuteho napětiacute Regulace je možnaacute

v rozpětiacute 24-28V DC Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute zdroje je umožněna z důvodu požadavku

přesneacuteho napětiacute 24V DC Vlivem zatiacuteženiacute (napaacutejeniacute UMC VI a DX) vyacutestupniacute napětiacute zdroje klesaacute

podle zatěžovaciacute charakteristiky přiacuteslušneacuteho zdroje CP-D sloužiacute takeacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacutech

vstupů UMC

Ochranneacute funkce

UMC nenabiacuteziacute pouze možnost měřeniacute faacutezoveacuteho proudu ale takeacute řadu ochran při poruchovyacutech

stavech provozu Nejčastěji v praxi využiacutevanaacute ochrana je ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute kteraacute

je doprovaacutezena varovnou signalizaciacute nastaacutevajiacuteciacute poruchy

Ochrana motoru při proudoveacutem podtiacuteženiacute pracuje na obdobneacutem principu jako předchoziacute ochrana

Kontroleacuter monitoruje hladinu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu Při jeho poklesu pod nastavenou

uacuteroveň maximaacutelniacuteho dovoleneacuteho poklesu (udaacutevaneacute relativně v k jmenoviteacutemu In) dochaacuteziacute k

signalizaci chyby a odpojeniacute motoru od siacutetě

PTC ochrana spočiacutevaacute v hliacutedaacuteniacute teploty statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru pomociacute PTC

termistoru V našem přiacutepadě je použito lineaacuterniacuteho potenciometru kdy se zvyšujiacuteciacutem se odporem

potenciometru simulujeme zvyšujiacuteciacute se teplotu statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru

Při ztraacutetě některeacute napaacutejeciacute faacuteze motoru dochaacuteziacute k okamžiteacutemu blokovaacuteniacute startu motoru

Ochrana sledu faacuteziacute zajistiacute spraacutevneacute zapojeniacute vodičů L1 L2 a L3 ktereacute je slučitelneacute s nastaveniacutem v

UMC

Vlivem přerušovaneacuteho provozu např S3 kdy nedochaacuteziacute v době klidu a odpojeniacute motoru k

poklesu teploty na teplotu okoliacute může vybavit Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute - Thermal

Overload Protection (TOL)

Zablokovaniacute rotoru byacutevaacute způsobeno přiacuteliš vysokyacutem zaacutetěžnyacutem momentem Mz na hřiacutedeli motoru

nebo mechanickou poruchou Kontroleacuter je při startu schopen detekovat tento stav

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 52

62 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute uacutelohy a scheacutema zapojeniacute panelu

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 53

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 54

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha

Štiacutetek použiteacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 64 Štiacutetek motoru

63 Popis scheacutematu zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

Na vstupniacute svorky s označeniacutem VSTUP (L1 L2 L3 N PE) jsou přivedeny přiacuteslušneacute vodiče

z pracovniacuteho stolu Hlavniacute 16A jistič s vypiacutenaciacute charakteristikou typu C sloužiacute pro jištěniacute siloveacute

čaacutesti obvodu Pro jištěniacute napaacutejeciacuteho zdroje CP-D sloužiacute tavnaacute pojistka 2T250V Napěťoveacute

vstupy na modul VI150 jsou jištěny tavnou pojistkou F125250V Posuvnyacute potenciometr

umiacutestěnyacute na faacutezoveacutem vodiči L1 sloužiacute k demonstraci ochrany při faacutezoveacute nesymetrii

Komunikačniacute modul MTQ22 zajišťuje komunikaci mezi UMC a PC kdy prostřednictviacutem

Ethernetoveacute siacutetě jsme schopni čiacutest měřeneacute veličiny

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 55

64 Pracovniacute postup

1 Seznamte se s kontroleacuterem UMC100 a ostatniacutemi komponenty použityacutemi pro laboratorniacute

uacutelohu a se scheacutematem zapojeniacute uacutelohy

2 Připojte elektromotor a vstupniacute svorky na přiacuteslušneacute zdiacuteřky Před připojeniacutem vyacutekonoveacuteho

potenciometru ověřte měřeniacutem jeho minimaacutelniacute a maximaacutelniacute hodnotu odporu a

poznamenejte si je

3 Připojte potenciometr na určeneacute zdiacuteřky označeneacute čiacutesly 1 a 2 a nastavte hodnotu odporu

4 Po kontrole zapojeniacute vyučujiacuteciacutem zapněte pracoviště a nastavte autotransformaacutetor na 100

vyacutestupniacuteho napětiacute Zapněte hlavniacute jistič Kontrola a nastaveniacute komunikace mezi UMC

DX a VI

Nastaveniacute Komunikace se provede přes LCD displej naacutesledujiacuteciacutem způsobem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on

5 Stiskem tlačiacutetka VPŘED nebo VZAD na panelu uvedeme motor do chodu Pro přechod

z jednoho směru do druheacuteho je nutneacute nejprve zastavit motor tlačiacutetkem STOP Při

zastaveniacute je kontroleacuterem motor blokovaacuten po dobu 3s před dalšiacutem spuštěniacutem z důvodu

doběhu motoru Pohybem tlačiacutetek nahoru dolů pomociacute LCD v hlavniacute nabiacutedce - UMC -

můžeme sledovat aktuaacutelniacute proud motoru sdruženeacute napětiacute odebiacuteranyacute přiacutekon ze siacutetě

uacutečiniacutekhellip

6 Při provaacuteděniacute uacutelohy na brzdě (dynamometru) ověřte funkci ochrany při zablokovaacuteniacute

rotoru funkci ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a proudoveacutem přetiacuteženiacute

7 Při vybaveniacute každeacute z ochran zaznamenejte hodnotu kdy vypnula Před novyacutem startem je

důležiteacute přečiacutest zaacuteznam důvodu poruchy a proveacutest reset na panelu UMC100-PAN jinak je

START blokovaacuten

65 Měřeniacute

OCHRANA PŘED PŘEHŘAacuteTIacuteM MOTORU

Potenciometrem označenyacutem PTC je zvyšovaacutena hodnotu odporu do okamžiku kdy dojde

k odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě zapůsobeniacutem PTC ochrany Hodnota odporu potenciometru

při vybaveniacute ochrany je určena měřeniacutem na 341kΩ Odpoviacutedajiacuteciacute hodnotu teploty motoru

odečteme z grafu a hodnoty odporu potenciometru při vypnutiacute

Do tabulky zapište změřenou hodnotu odporu potenciometru při vypnutiacute Při teacuteto hodnotě odporu

odečtěte teplotu motoru z grafu Ziacuteskanou teplotu porovnejte s vypočtenou teplotou motoru

Tabulka naměřenyacutech a vypočtenyacutech hodnot

R ϑg R0 ϑ

[Ω] [degC] [Ω] [degC]

3410 136 1320 13626

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 56

Vyacutepočet vychaacuteziacute ze vztahu pro zaacutevislost elektrickeacuteho odporu vodiče na teplotě

(651)

kde

(652)

Po uacutepravě pak

α - teplotniacute součinitel elektrickeacuteho odporu (K-1

) (α = 001162 K-1

)

R0 - odpor potenciometru v zaacutekladniacute poloze

R - odpor potenciometru při vybaveniacute ochrany

ϑg - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute odečtenaacute z grafu

ϑ - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute ndash vypočtenaacute

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

R [

Ω]

ϑ [degC]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 57

Vinutiacute motoru je izolovaacuteno izolaciacute třiacutedy F (155)

Třiacuteda izolace A E B F H

Okolniacute teplota [degC] 40 40 40 40 40

Povolenyacute naacuterůst teploty [degC] 60 75 80 105 125

Teplotniacute rezerva 5 5 10 10 15

Konečnaacute teplota 105 120 130 155 180

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru [12]

OCHRANA PŘED NESPRAacuteVNYacuteM SLEDEM FAacuteZIacute

Nedodrženiacutem sledu napaacutejeciacutech faacutezovyacutech vodičů (zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů svorek L2 a L3)

jak je nastaveno v UMC provaacutediacute napěťovyacute modul blokaci startu motoru V tomto přiacutepadě

vybavuje neprodleně ochrana sledu faacuteziacute ndashPhase sequence Funkci zaznamenejte do protokolu

OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII

Zvyšovaacuteniacutem odporu vyacutekonoveacuteho potenciometru zapojeneacuteho ve faacutezi L1 (viz scheacutema zapojeniacute

uacutelohy) dochaacuteziacute k simulaci faacutezoveacute nesymetrie siacutetě Motor je odpojen v okamžiku kdy poklesne

hodnota sdruženeacuteho napětiacute mezi faacutezemi L3 a L1 přibližně na hodnotu Us = 380V Velikost

odporu při vybaveniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii činiacute 101Ω Hodnotu nesymetrie zaznamenejte

do protokolu

OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE

Ztraacuteta faacuteze se realizuje pomociacute spiacutenače v pracovniacutem stole kdy odpojiacuteme napaacutejeciacute faacutezi Změřte

čas od odpojeniacute faacuteze L2 do vybaveniacute ochrany při ztraacutetě faacuteze a poznamenejte do protokolu

66 Demonstrace ochran při použitiacute dynamometru

OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU

K testu ochrany při zablokovaacuteniacute rotoru posloužiacute dynamometr jehož hřiacutedel je spojenaacute se hřiacutedeliacute

asynchronniacuteho motoru pomociacute spojky Hřiacutedel dynamometru je poteacute mechanicky zablokovaacutena

Stiskem přiacuteslušneacuteho tlačiacutetka je proveden start motoru a sledovaacuten proud při odpojeniacute motoru od

siacutetě a čas odpojeniacute Proud při vybaveniacute ochrany při mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru dosaacutehl

hodnoty 1978A což odpoviacutedaacute 582In

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute ndash (High current protection)

Pro simulaci proudoveacuteho přetiacuteženiacute maacuteme nastavenou hodnotu odebiacuteraneacuteho proudu na 130 pro

odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě Snižovaacuteniacutem jmenovityacutech otaacuteček motoru pomociacute dynamometru

(bržděniacutem tzn n rarr 0) dochaacuteziacute k naacuterůstu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu I Odpojeniacute nastalo při

odebiacuteraneacutem proudu 447A Nastaveneacute hodnotě (13In ) naacuteležiacute proud 442A Tiacutem lze konstatovat

že vyacutesledek měřeniacute je srovnatelnyacute s hodnotami uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute

Stav proudoveacuteho podtiacuteženiacute nedostatečneacuteho proudoveacuteho zatiacuteženiacute použiacutevanyacute zejmeacutena u čerpadel

je simulovaacuten pomociacute dynamometru kdy je nastavenaacute hodnota poklesu aktuaacutelniacuteho proudu na

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 58

085In a čas odpojeniacute od siacutetě na 10s Po roztočeniacute a zatiacuteženiacute motoru na hodnotu jmenoviteacuteho

proudu jsou pomociacute dynamometru zvyšovaacuteny otaacutečky motoru n Tento proces maacute za naacutesledek

snižovaacuteniacute aktuaacutelniacuteho proteacutekaneacuteho proudu I kdy motor ztraacuteciacute zatiacuteženiacute Nastaveneacute hodnotě

podtiacuteženiacute odpoviacutedaacute aktuaacutelniacute proud 289A Při dosaženiacute teacuteto uacuterovně je spuštěn odpočet a motor za

10s odpojen

67 Vyhodnoceniacute a zaacutevěr

Vyacutesledkem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute technologiiacute pro diagnostiku

veličin při chodu trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru Při demonstračniacute simulaci ochran byly

dosaženy naacutesledujiacuteciacute vyacutesledky PTC ochrana vybavuje při hodnotě odporu 341kΩ Tato hodnota

odpoviacutedaacute teplotě ϑg = 136degC odečteneacute z grafu Vypočtenaacute teplota ϑ = 13626degC Vyacuterobce uvaacutediacute

zapůsobeniacute ochrany při hodnotě odporu v rozsahu 34-38kΩ Zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů L2 a

L3 proběhla okamžitaacute blokace spuštěniacute motoru Faacutezovaacute nesymetrie vybavila při poklesu napětiacute o

5 Ztraacutetou napaacutejeciacute faacuteze proběhlo odpojeniacute motoru v čase t = 15s Čas odpojeniacute odpoviacutedaacute třiacutedě

přetiacuteženiacute 5E kteraacute je nastavena

Při testu za použitiacute dynamometru bylo zjištěno že při zablokovaneacutem rotoru motoru zapůsobil

kontroleacuter při nastaveneacutem přetiacuteženiacute 3In Teacuteto hodnotě naacuteležiacute proud 102A Jelikož je nastavena

třiacuteda přetiacuteženiacute 5E ktereacute naacuteležiacute interval 15s a poteacute odpojeniacute motoru tak během tohoto okamžiku

vzrostla hodnota proudu na 1978A což odpoviacutedaacute 582In Při proudoveacutem přetiacuteženiacute odpoviacutedaly

vyacutesledky měřeniacute nastaveneacute hodnotě přetiacuteženiacute 13In Ve stavu proudoveacuteho podtiacuteženiacute zapůsobila

ochrana spraacutevně dle nastaveneacuteho poklesu proudu na 085In

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 12: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 12

SEZNAM SYMBOLŮ A ZKRATEK

Zkratka Symbol Vyacuteznam Jednotka

AC Střiacutedavyacute proud (napětiacute) [A (V)]

B Magnetickaacute indukce [T]

cos φ Uacutečiniacutek [-]

DC Stejnosměrnyacute proud (napětiacute) [A (V)]

DTM Device Type Manager

FBP FieldBusPlug

H Intenzita magnetickeacuteho pole [Am]

I Aktuaacutelniacute hodnota proudu [A]

I1z Zaacuteběrnyacute proud [A]

If Procentuaacutelniacute poměr proudu []

Imax Maximaacutelniacute hodnota proudu [A]

Imin Minimaacutelniacute hodnota proudu [A]

In Jmenovityacute proud [A]

Iodp Hodnota proudu při odpojeniacute []

Ivar Varovnaacute hodnota proudu []

Ix Konec startu motoru []

Mz Zatěžovaciacute moment [Nm]

n Otaacutečky motoru [otmin]

nn Jmenoviteacute otaacutečky [otmin]

P Činnyacute vyacutekon [W]

P1 Činnyacute přiacutekon [W]

P2 Mechanickyacute vyacutekon na hřiacutedeli [W]

Pn Jmenovityacute vyacutekon [W]

Q1 Jalovyacute přiacutekon [var]

R Elektrickyacute odpor [Ω]

Rlsquo2s Celkovyacute činnyacute odpor rotoru [Ω]

R1 Odpor statoroveacuteho vinutiacute [Ω]

RFe Činnyacute odpor magnetickeacuteho obvodu [Ω]

s Skluz [-]

to Doba rozběhu [s]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 13

todp Zpožděniacute odpojeniacute [s]

TOL Thermal Overload Protection

TTC Time To Cool [s]

TTT Time To Trip [s]

tvar Zpožděniacute varovaacuteniacute [s]

U1 Vstupniacute napětiacute [V]

UMC Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter

Un Jmenoviteacute napětiacute [V]

Xrsquor20 Reaktance zabržděneacuteho rotoru [Ω]

Xm Reaktance magnetickeacuteho obvodu [Ω]

Xr1 Reaktance statoroveacuteho vinutiacute [Ω]

Φ Magnetickyacute tok [Wb]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 14

UacuteVOD

Bakalaacuteřskaacute praacutece je založena na naacutevrhu a vyacuterobě demonstračniacuteho přiacutepravku pro motorovyacute

kontroleacuter UMC100-FBP Tento přiacutepravek posloužiacute pro laboratorniacute uacutelohu v předmětu Elektrickeacute

přiacutestroje a takeacute jako prezentačniacute aparaacutet UMC100-FBP a rozšiřovaciacutech modulů pro společnost

ABB sro Finaacutelniacute zařiacutezeniacute je realizovaacuteno pro chod ochranu a diagnostiku trojfaacutezoveacuteho

asynchronniacuteho motoru Praacutece je rozdělena do několika hlavniacutech čaacutestiacute Nejprve je přibliacuteženo

UMC100-FBP Tato čaacutest všeobecně sloužiacute pro seznaacutemeniacute se s motorovyacutem kontroleacuterem jeho

zevnějškem a možnostmi Praacutece je daacutele rozšiacuteřena o přiacutedavneacute rozšiřovaciacute moduly ktereacute lze v praxi

použiacutet společně s UMC100-FBP Uvedeny jsou i informace o připojitelneacutem ovlaacutedaciacutem LCD

panelu UMC100-PAN Kapitola č3 přibliacutežiacute ochranneacute funkce nabiacutezeneacute kontroleacuterem V dalšiacute čaacutesti

je obsažen naacutevrh aparatury pro demonstraci UMC100 a jeho funkciacute podrobneacute scheacutema zapojeniacute

tohoto přiacutepravku a samotnou laboratorniacute uacutelohu na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter

UMC100

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 15

MOTOROVYacute KONTROLEacuteR 1

Efektivniacute využiacutevaacuteniacute energie v průmyslu je důležiteacute Z praxe bylo zjištěno že viacutece jak 40

elektrickeacute energie vyrobeneacute na zemi je spotřebovaacutevaacuteno praacutevě v průmyslovyacutech odvětviacutech a z toho

až 65 je spotřebovaacutevaacuteno elektrickyacutemi motory Jak již samotnyacute naacutezev napoviacutedaacute jednaacute se o

zařiacutezeniacute určeneacute předevšiacutem pro hliacutedaacuteniacute chodu asynchronniacuteho motoru Hlavniacute funkciacute motoroveacuteho

kontroleacuteru je diagnostika veličin se kteryacutemi motor pracuje Vyacutesledkem operace byacutevaacute sled

informaciacute ktereacute jsou předaacutevaacuteny obsluze nebo dispečinku Data o zkoumaneacutem motoru je možneacute

ziacuteskat buď formou integrovaneacuteho popř připojitelneacuteho zobrazovaciacuteho prvku nebo

prostřednictviacutem konektoru kteryacute komunikuje pomociacute datoveacute sběrnice s počiacutetačem V obou

přiacutepadech jsou obsluze poskytovaacutena rozsaacutehlaacute provozniacute servisniacute a diagnostickaacute data motoru

Takto ziacuteskaneacute informace umožňujiacute obsluze odhalovat chyby omezit je nebo jim dokonce

v budoucnu zabraacutenit a tiacutem i předejiacutet možneacutemu poškozeniacute motoru resp neplaacutenovaneacutemu vyacutepadku

vyacuteroby[13]

11 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP

Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP (daacutele jen UMC100) společnosti ABB sro je

zařiacutezeniacute použiacutevaneacute pro řiacutezeniacute ochranu a sledovaacuteniacute chodu trojfaacutezovyacutech asynchronniacutech motorů

UMC100-FBP je naacutestupcem staršiacuteho modelu řiacutediacuteciacute jednotky UMC22-FBP kteraacute se ve světě

využiacutevaacute v mnoha projektech Nejčastějšiacute průmyslovaacute odvětviacute použiacutevajiacuteciacute UMC22 i UMC100 jsou

např

rafinerie

technickeacute vybaveniacute elektraacuteren

těžba nerostnyacutech surovin

chemickyacute průmysl

papiacuterny

ocelaacuterny

potravinaacuteřstviacute a vyacuteroba naacutepojů

Jako naacutestupce staršiacuteho typu kontroleacuteru se použiacutevaacute již zmiacuteněnaacute UMC100 kteraacute od ochrany a

řiacutezeniacute motoru nabiacuteziacute i detekci vyacutepadku napaacutejeciacute faacuteze motoru nastavitelnou ochranu během

rozběhu nebo normaacutelniacutem provozu a mnoho dalšiacutech funkciacute ktereacute budou daacutele zmiacuteněny Použitiacute

UMC100 je diacuteky sveacute velikosti programovatelnosti a integrovaneacutemu měřiacuteciacutemu systeacutemu vhodneacute

pro modernizaci zastaralyacutech rozvaacuteděčů v již zaběhlyacutech provozech

Oficiaacutelniacute naacutezev kontroleacuteru obsahuje přiacuteponu FBP UMC100 je vybaven komunikačniacutem

rozhraniacutem pro připojeniacute do různyacutech průmyslovyacutech sběrnic siacutetiacute jako je PROFIBUS DP

DeviceNet MODBUS a CANopen To vše pomociacute skupiny produktů FieldBusPlug UMC100 je

takeacute ovšem možneacute použiacutet jako samostatneacute zařiacutezeniacute bez připojeniacute řiacutediacuteciacute sběrnice Změřeneacute

veličiny při chodu motoru (napětiacute proudhellip) jsou zpracovaacutevaacuteny v řiacutediciacutem systeacutemu samotneacuteho

kontroleacuteru kde jsou okamžitě vyhodnocovaacuteny Tato schopnost pomaacutehaacute k rychleacute detekci poruchy

a k zajištěniacute dopadů na ostatniacute zařiacutezeniacute v diagnostikovaneacute soustavě Daacutele napomaacutehaacute k řešeniacute

vhodnyacutech opatřeniacute pro přiacutepad dalšiacutech negativniacutech jevů a přiacutepadnyacutech vaacutežnyacutech poruch

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 16

12 Instalace

Samotnyacute koncept uzpůsobenyacute pro tyto aplikace naacutem zapřiacutečiňuje zkraacuteceniacute uacutesiliacute a naacutemahy při

zdlouhaveacutem vodičoveacutem propojeniacute v rozvaacuteděči jelikož veškereacute požadovaneacute ochranneacute

monitorovaciacute a řiacutediacuteciacute funkce jsou integrovaacuteny do jedineacuteho modulaacuterniacuteho zařiacutezeniacute UMC100 je

možneacute diacuteky kompaktniacutemu provedeniacute veškeryacutech jeho komponent jednoduše umiacutestit do stiacutesněnyacutech

prostor vyacutesuvnyacutech rozvaacuteděčů nebo do již použiacutevanyacutech staršiacutech zařiacutezeniacute Jednaacute se o zařiacutezeniacute a

provozy kteraacute prochaacuteziacute modernizaciacute a vyžadujiacute použitiacute noveacute technologie provozu a obohaceniacute o

noveacute způsoby řiacutezeniacute a ochran motorů od zastaralyacutech a vysloužilyacutech elektromagnetickyacutech releacute

Moderniacute motoroveacute kontroleacutery se ovšem nepoužiacutevajiacute pouze pro renovace a modernizace staršiacutech

provozů ale je samozřejmostiacute že noveacute společnosti s vysokyacutem počtem až tisiacutecem motorů saacutehnou

po technologicky vyspěleacutem ochranneacutem a monitorovaciacutem zařiacutezeniacute pro trojfaacutezoveacute asynchronniacute

motory

Montaacutež zařiacutezeniacute do rozvaacuteděče je velice jednoduchaacute Postačiacute pouze všeobecně použiacutevanaacute DIN

lišta (EN50022-35) na kterou se kontroleacuter zasadiacute nebo je možneacute upevněniacute 4 šrouby M4

Demonstrativniacute zasazeniacute na DIN lištu je předvedeno na Obr 11

Obr 11 Instalace UMC100-FBP na DIN lištu[1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 17

TECHNICKEacute VYBAVENIacute UMC100-FBP 2

21 Kompaktniacute zaacutekladniacute jednotka

Zaacutekladniacute jednotka kontroleacuteru obsahuje nejdůležitějšiacute čaacutesti jako je integrovanyacute měřiciacute systeacutem

a 2 seacuterie svorek Tyto svorky tvořiacute vstupy a vyacutestupy kontroleacuteru Jsou tvořeny 6 digitaacutelniacutemi vstupy

24V DC (spodniacute svorky) 1 integrovanyacute vstupem pro připojeniacute PTC termistoru a 4 vyacutestupy (horniacute

svorky) Tyto vyacutestupy tvořiacute 3 vyacutestupniacute releacute a 1 digitaacutelniacute tranzistorovyacute vyacutestup UMC100 takeacute

disponuje třemi LED pro signalizaci stavu technickeacuteho vybaveniacute Umožňuje tedy provoz bez

použitiacute sběrnicoveacuteho systeacutemu a daacutelkoveacute přiřazeniacute parametrů přes řiacutediciacute systeacutem Na Obr 21 je

patrneacute použitiacute konektoru M12

[2]

Obr 21 Vnějšiacute popis UMC100-FBP a s připojenyacutem UMC100-PAN

1 upevňovaciacute očka pro montaacutež 4 šrouby M4 Očka je možneacute odlomit pokud bude zařiacutezeniacute

připevněno na DIN lištu

2 konektory pro připojeniacute odporoveacuteho PTC sniacutemače

3 připojovaciacute svorky pro komunikaci s IO moduly

4 zaacutestrčka M12 pro připojeniacute konektoru FieldBusPlug

5 3 stavoveacute LED kontrolky

zelenaacute ndash motor připraven

žlutaacute ndash motor je v provozu

červenaacute ndash přetiacuteženiacute nebo porucha motoru (hlaacutešeniacute chyby)

6 připojovaciacute svorky pro releacuteoveacute vyacutestupy

(šrouby nepoužiacutevanyacutech svorek musiacute byacutet dotaženy pro zajištěniacute ochrany proti naacutehodneacutemu

vyšroubovaacuteniacute a naacutesledneacutemu kontaktu)

7 konektor pro připojeniacute ovlaacutedaciacuteho LCD panelu Control Panel UMC100-PAN

8 prvniacute dvě svorky sloužiacute pro napaacutejeciacute napětiacute 24V DC 24VDC vyacutestup a DI0 až DI0 jsou

připojovaciacute svorky pro digitaacutelniacute vyacutestupy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 18

9 znaacutezorněnaacute draacuteha proudu pro napaacutejeniacute motoru vodiči o průměru až 11mm což odpoviacutedaacute

průřezu vodiče až 25mm2

211 Stavebniacute bloky

Naacutesledujiacuteciacute scheacutema demonstruje hlavniacute funkčniacute bloky UMC100 a tok dat mezi nimi Obr 22

Hlavniacute blok (Protection) obsahuje prvky souvisejiacuteciacute s ochrannyacutemi prvky Motorovaacute ochrana maacute

vždy vyššiacute prioritu než spiacutenaacuteniacute releacuteovyacutech vyacutestupů Ochrana působiacute přiacutemo na vyacutestup releacute a může

motor zastavit Pokud selže některaacute čaacutest HW zařiacutezeniacute kontrola Hardware Supervision otevře

releacuteoveacute vyacutestupy z bezpečnostniacutech důvodů automaticky Hardware Supervision neniacute možneacute

vyřadit

Měřeniacute proudu poskytuje informace o aktuaacutelniacutem proteacutekajiacuteciacutem proudu motorem kdy zařiacutezeniacute

měřiacute proud v jednotlivyacutech faacuteziacutech a vypočte středniacute hodnotu Naacutestupce původniacuteho kontroleacuteru

UMC22 použiacutevaacute aktuaacutelniacute informace o proudu a takeacute počiacutetaacute odpoviacutedajiacuteciacute teplotu motoru pomociacute

tepelneacuteho modelu Na určiteacute definovaneacute uacuterovni skutečneacute nebo vypočiacutetaneacute teploty dojde k vypnutiacute

motoru z důvodu přetiacuteženiacute

PTC input - tento vstup sloužiacute pro připojeniacute PTC termistoru pro měřeniacute skutečneacute teploty

vinutiacute motoru

Blok (Motor control) obsahuje množstviacute řiacutediacuteciacutech funkciacute Veškereacute přiacutechoziacute přiacutekazy z hlavniacuteho

panelu z digitaacutelniacutech vstupů nebo z FBP rozhraniacute jsou seřazeny a podle nastaveniacute uživatele jsou

poteacute zpracovaacutevaacuteny Blok Starter function řiacutediacute releacuteoveacute vyacutestupy Všechny bloky pracujiacute v logickeacutem

sledu Obvykle majiacute předem definovaneacute aplikace ktereacute budou provaacutedět UMC100 ovšem nabiacuteziacute i

vytvaacuteřeniacute vlastniacutech aplikaciacute [1]

Obr 22 Zaacutekladniacute blokoveacute scheacutema UMC100-FBP a tok dat mezi hlavniacutemi čaacutestmi zařiacutezeniacute [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 19

22 Ovlaacutedaciacute panel UMC100-PAN

UMC100-PAN je LCD panel kteryacutem lze rozšiacuteřit UMC100 o zobrazovaciacute prvek Tento prvek

připojiacuteme na UMC (Obr 21 7 -Konektor pro připojeniacute ovlaacutedaciacuteho LCD panelu Control Panel

UMC100-PAN) Zmiacuteněnyacute typ LCD je možneacute připojit pouze na UMC100 jelikož neniacute

kompatibilniacute se staršiacutem typem UMC22 LCD je předevšiacutem určen pro montaacutež na čelniacutem panelu

nebo na rozvaděči Ovlaacutedaciacute panel sloužiacute k lokaacutelniacutemu zobrazeniacute všech dat Poruchy (errors) a

vyacutestrahy jsou zobrazovaacuteny v nezakoacutedovaneacute podobě Externiacute zaacutevada může byacutet doplněna

individuaacutelniacutem textem např Phase loss Veškereacute parametry je možneacute nastavovat měnit a dle

potřeby chraacutenit přiacutestupovyacutem heslem

Panel sloužiacute pro zobrazeniacute veškeryacutech uacutedajů o obvodu jako např

proud prochaacutezejiacuteciacute motorem (možneacute absolutniacute zobrazeniacute v A nebo relativniacute v )

napětiacute na jednotlivyacutech faacuteziacutech L1-L3 (při použitiacute VI150(5))

aktuaacutelniacute uacutedaje o sepnutyacutech vstupech a vyacutestupech

způsob zapojeniacute motoru-přiacutemyacute chod reverzniacute chodhellip

Při vyacuteskytu přetiacuteženiacute dojde k vybaveniacute ochrany Na LCD je možneacute sledovat časovyacute odpočet

kteryacute zbyacutevaacute do dalšiacuteho možneacuteho uvedeniacute motoru do chodu po vychladnutiacute Po uplynutiacute tohoto

časoveacuteho uacuteseku může byacutet motor opět spuštěn [1]

Obr 23 Popis UMC100-PAN

1 3 stavoveacute LED

zelenaacute ndash zařiacutezeniacute připraveno

žlutaacute ndash zařiacutezeniacute v chodu

červenaacute ndash hlaacutešeniacute poruchy

2 podsviacutecenyacute LCD display

3 vstup do menu ovlaacutedaacuteniacute (Enter Control Menu)

4 vstup do menu nastaveniacute (Enter Configuration Menu)

5 posun nahoru

6 stop motoru

7 posun dolů

8 start motoru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 20

23 Napěťovyacute a rozšiřovaciacute modul

Napěťovyacute VI15x a rozšiřovaciacute (vstupně vyacutestupniacute) modul DX1xx sloužiacute pro možneacute rozšiacuteřeniacute

UMC o dalšiacute vstupy a vyacutestupy v přiacutepadě modulu DX a o měřeniacute napětiacute pomociacute modulu VI

231 Nastaveniacute komunikace

Při použitiacute rozšiřovaciacutech modulů je nejprve nutno pomociacute UMC100-PAN nastavit jejich

připojeniacute Nastaveniacute a uvedeniacute do chodu je provedeno naacutesledujiacuteciacutem způsobem

V hlavniacutem menu (ovlaacutedaacuteniacute pomociacute LCD) vybereme položku IO modules a volbu potvrdiacuteme

přiacuteslušnyacutem tlačiacutetkem Tlačiacutetky Nahoru nebo Dolů vybereme požadovanyacute modul kteryacute chceme

propojit s kontroleacuterem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on [1]

Nastaveniacutem na bdquoonldquo uvedeme moduly do provozu Funkce napěťoveacuteho modulu (VI15x) je

ověřitelnaacute jednoduchyacutem způsobem Pokud nejsou připojeny napaacutejeciacute faacuteze na svorky L1L2 a L3

modulu zařiacutezeniacute hlaacutesiacute chybu z důvodu ochrany při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze [4] [5]

232 VI15x- FBP

VI15x je přiacutedavnyacute napěťovyacute modul sloužiacuteciacute pro měřeniacute sdruženeacuteho popř faacutezoveacuteho napětiacute

motoru Z hodnot proudu měřenyacutech UMC a napětiacute pomociacute VI15x je možno vyhodnotit faacutezovyacute

posuv mezi napětiacutem a proudem Naměřeneacute hodnoty putujiacute skrze komunikačniacute kanaacutel směrem k

UMC100 K propojeniacute s UMC100 sloužiacute piny s označeniacutem Ca a Cb Daacutele modul obsahuje svorky

pro připojeniacute jednotlivyacutech faacutezovyacutech vodičů L1L2 a L3 Pro spraacutevnyacute sled faacuteziacute a jeho detekci musiacute

byacutet dodrženo spraacutevneacute zapojeniacute vzhledem k proudům měřenyacutem v UMC VI150 sloužiacute pro

připojeniacute pouze do uzemněneacute soustavy ( TN-C nebo TN-S) Modul VI155 lze naopak použiacutet jak

pro uzemněneacute soustavy (TN) tak i pro neuzemněneacute (IT) Oba typy sloužiacute k upevněniacute na DIN

lištu [1] [3]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 21

2321 Vnitřniacute struktura VI150-FBP

Obraacutezek přibližuje vnitřniacute strukturu použiteacuteho napěťoveacuteho modulu VI150

Obr 24 Struktura napěťoveacuteho modulu VI150 [3]

Obr 25 Vnějšiacute popis modulu VI150 pro UMC100-FBP

1 konektory pro komunikaci s UMC100 a pro komunikaci s rozšiřovaciacutemi moduly DX111-

FBP a DX122-FBP

2 napěťoveacute vstupy

3 releacuteovyacute vyacutestup

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 22

4 svorky pro připojeniacute napaacutejeciacuteho napětiacute 24VDC

5 3 stavoveacute LED

zelenaacute - zařiacutezeniacute připraveno

žlutaacute - varovaacuteniacute

červenaacute - porucha zařiacutezeniacute

6 popisovyacute štiacutetek

233 DX111-FBP

Modulaacuterniacute zařiacutezeniacute umožňujiacuteciacute rozšiacuteřeniacute UMC100 o dalšiacute pomocneacute vstupy a vyacutestupy

použitelneacute pro různaacute hlaacutešeniacute a vyacutestrahy Digitaacutelniacute vstupy jsou potenciaacuteloveacute s napětiacutem 24V DC

Proto je nutneacute pro ovlaacutedaciacute obvody dodržet napětiacute 24V DC nebo bezpotenciaacuteloveacute kontakty (tj

releacute) připojeneacute ze svorky +24V

Rozšiřovaciacute modul DX111-FBP nabiacuteziacute množstviacute vstupů a vyacutestupů uvedenyacutech v (Tab 21)

Vstupy 8 digitaacutelniacutech vstupů 24V DC

Vyacutestupy 4 releacuteoveacute vyacutestupy

1 analogovyacute vyacutestup

Vstupniacute napětiacute 24V DC

Vstupniacute proud 60 mA

Logickaacute 0 -312hellip+5V DC

helliphelliphelliphellipcv1 +15hellip+312V DC

Tab 21 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX111-FBP [1]

234 DX122-FBP

Multifunkčniacute modul DX122-FBP maacute srovnatelneacute vlastnosti jako předešlaacute DX111 ovšem

rozdiacutel je v tom že DX122 nabiacuteziacute osm digitaacutelniacutech vstupů pro napětiacute 110V až 230V AC

Vstupy 8 digitaacutelniacutech vstupů 110-230V AC

Vyacutestupy 4 releacuteoveacute vyacutestupy

1 analogovyacute vyacutestup

Vstupniacute napětiacute 110V AChellip 240V AC

Vstupniacute proud 60 mA

Logickaacute 0 0hellip 40V AC

helliphelliphelliphelliphellip 1 74hellip 265V AC

Tab 22 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX122-FBP [1]

Pomocnyacute rozšiřovaciacute modul se k UMC100 připojiacute na svorky Ca a Cb patrneacute na (Obr 21)

Připojeniacute lze proveacutest prostou kroucenou dvoulinkou Vzhledem k omezenyacutem prostoraacutem

rozvaacuteděčů kam je UMC100 instalovaacuteno je možneacute připojit rozšiřovaciacute modul odděleně od

kontroleacuteru a to až do vzdaacutelenosti maximaacutelniacute deacutelky 3m [1] [5]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 23

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezek (Obr 26) opět popisuje svorky a monitorovaciacute prvky DX122

Obr 26 Vnějšiacute popis IO modulu DX122-FBP pro UMC100-FBP

1 releacuteoveacute vyacutestupy (čaacutest 1)

2 releacuteoveacute vyacutestupy (čaacutest 2)

3 analogovyacute vyacutestup

4 komunikačniacute port s UMC

5 popisovyacute štiacutetek

6 digitaacutelniacute vstupy (110V AC- 230V AC)

7 3 stavoveacute LED

zelenaacute ndash zařiacutezeniacute v provozu

žlutaacute ndash vyacutestraha

červenaacute ndash porucha modulu

8 svorky pro napaacutejeniacute 24 V DC

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 24

24 Proudovyacute měřiacuteciacute transformaacutetor

Proudoveacute měřiacuteciacute transformaacutetory sloužiacute pro měřeniacute většiacutech hodnot střiacutedavyacutech proudů než je

dovoleno měřiacuteciacutem přiacutestrojem a takeacute ke galvanickeacutemu odděleniacute vedeniacute od měřiacuteciacuteho přiacutestroje

Funkce je založena na principu elektromagnetickeacute indukce Primaacuterniacute vinutiacute je tvořeno silovyacutem

vodičem měřeneacuteho vedeniacute Průchodem proudu primaacuterniacutem vedeniacutem se v magnetickeacutem obvodu

(jaacutedru) vytvaacuteřiacute magnetickyacute tok Φ a na zaacutekladě Faradayova zaacutekona elektromagnetickeacute indukce se

v sekundaacuterniacutem vinutiacute indukuje napětiacute Na sekundaacuterniacute vinutiacute je připojena měřiacuteciacute soustava

Obr 27 Magnetizačniacute charakteristika feromagnetickeacuteho materiaacutelu

Z průběhu magnetizačniacute charakteristiky feromagnetickeacuteho materiaacutelu (zaacutevislosti magnetickeacute

indukce na intenzitě magnetickeacuteho pole ) je patrnyacute stav kdy dojde k nasyceniacute magnetickeacuteho

obvodu transformaacutetoru Při nasyceniacute dochaacuteziacute ke změně vlastnostiacute feromagnetickeacuteho materiaacutelu

a křivka se od lineaacuterniacuteho průběhu odklaacuteniacute (tzv koleno magnetizačniacute křivky)

Obr 28 Měřiacuteciacute transformaacutetor proudu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 25

241 Externiacute proudovyacute transformaacutetor CTs

Externiacute přiacutestrojovyacute transformaacutetor proudu (daacutele jen PTP) se použiacutevaacute v přiacutepadě je-li jmenovityacute

proud motoru vyššiacute než 63A tzn sloužiacute k přizpůsobeniacute proudoveacuteho rozsahu na hodnotu kterou

je schopno UMC změřit UMC100 je schopneacute pracovat pomociacute sveacuteho vnitřniacuteho transformaacutetoru

proudu s proudem 024A až 63A Použitiacutem externiacuteho proudoveacuteho transformaacutetoru je možneacute měřit

až do hodnoty 850A PTP k UMC100 majiacute převod 1854 3104 5004 a 8504 Sekundaacuterniacutemu

vinutiacute odpoviacutedajiacute 4A což uvaacutediacute popis jednotlivyacutech typů proudovyacutech transformaacutetorů uvedenyacutech v

Tab 23 (čiacuteslo uvedeneacute za lomiacutetkem) např CTxLxxxR4 PTP maacute definovanou třiacutedu přesnosti

3 v celeacutem rozsahu měřeneacuteho proudu K nasyceniacute magnetickeacuteho obvodu transformaacutetoru dochaacuteziacute

přibližně při osminaacutesobku jmenoviteacuteho proudu In Transformaacutetor je navržen s třiacutedou přesnosti

5P10 to znamenaacute že je deklarovaacutena průměrnaacute chyba menšiacute než 5 při 10 naacutesobku jmenoviteacute

hodnoty proudu

Typ Rozsah měřeneacuteho proudu

[A] Max proud CT

[A]

CT4L185R4 60 až 185 1480

CT4L310R4 180 až 310 2480

CT5L500R4 300 až 500 4000

CT5L850R4 500 až 850 6800

Tab 23 Typy externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů s měřenyacutem rozsahem proudu [1]

Přiacuteklad zvoleniacute přiacuteslušneacuteho proudoveacuteho transformaacutetoru

Maacuteme-li asynchronniacute motor se jmenovityacutem proudem napřiacuteklad In =190 A a rozběhovyacutem proudem

pak

(241)

Podle jmenoviteacuteho proudu motoru In ležiacuteciacuteho v rozsahu měřeneacuteho proudu přiacuteslušneacuteho CT

určiacuteme typ CT Nachaacuteziacute-li se jmenovityacute proud na mezi některeacuteho z měřenyacutech rozsahů CT voliacute se

takovyacute transformaacutetor kteryacute maacute většiacute hodnotu maximaacutelniacuteho proudu než vyacuteslednyacute proud

vypočtenyacute Pro přiacutepad kdy In = 190 A je zvolenyacute typ CT4L310R4 Maximaacutelniacute proud Imax splňuje

požadavek kdy Imax lt max proud CT [1]

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezky představujiacute konstrukce externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 26

Obr 29 Konstrukce CT4L185R4 a CT4L310R4 [3]

Obr 210 Konstrukce CT5L500R4 a CT5L850R4 [3]

Zapojeniacute svorkovnice proudoveacuteho transformaacutetoru CTxLxxxR4 a propojeniacute s integrovanyacutem

proudovyacutem transformaacutetorem UMC100 Na Obr 211 je takeacute ukaacutezka zapojeniacute měřiacuteciacuteho modulu

VI150 na přiacutevodniacutech faacuteziacutech motoru a dodrženyacutem spraacutevnyacutem sledem faacutezovyacutech vodičů

Obr 211 UMC100-FBP s CT a VI150 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 27

Obecně platiacute že vyacutevody sekundaacuterniacuteho vinutiacute měřiacuteciacuteho transformaacutetoru proudu jsou buď

zapojeny na zaacutetěž nebo jsou propojeny do zkratu a jeden z vyacutevodů je uzemněn Princip je patrnyacute

z Obr 212 V praxi dochaacuteziacute k několika chybaacutem způsobenyacutech neznalostiacute problematiky Jednou

může byacutet neuzemněniacute jedneacute ze svorek sekundaacuterniacuteho vinutiacute Pak vznikaacute kapacitniacute vazba a

sekundaacuterniacute vinutiacute v nepřiacutezniveacutem přiacutepadě může vysokyacutem napětiacutem termionicky působit - jiskřit na

kostru Při delšiacutem trvaacuteniacute jiskřiveacuteho vyacuteboje v jednom miacutestě se mohou vytvořit vodiveacute cesty a dojiacutet

k průrazu izolace vodiče k nežaacutedouciacutemu potenciaacutelu [8]

Obr 212 Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů proudu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 28

25 Monitorovaciacute zařiacutezeniacute zemniacuteho spojeniacute CEM11-FBP

Monitorovaciacute zařiacutezeniacute CEM11 sloužiacute pro sledovaacuteniacute svodovyacutech proudů respektive zemniacutech

poruch způsobenyacutech nejčastěji poškozenou izolaciacute Detekovaacuteniacute takoveacuteto zemniacute poruchy vede

k odpojeniacute motoru aby nedošlo k jeho většiacutemu poškozeniacute nebo vede k upozorněniacute obsluhy

Možneacute použitiacute je jak v siacutetiacutech uzemněnyacutech tak i neuzemněnyacutech

Průvlečneacute oko je tvořeno toroidniacutem transformaacutetorem kteryacutem jsou vedeny všechny 3 faacutezoveacute

vodiče motoru Zařiacutezeniacute hliacutedaacute to aby součet faacutezorů proudů byl nulovyacute Jakmile dojde k zemniacutemu

spojeniacute tzn součet faacutezorů proudů je nenulovyacute integrovanaacute elektronika CEM11 sepne nebo

rozepne vyacutestup Vyacutestup z CEM11 pracuje jako kontakt kteryacute detekovanou hodnotou proudu

sepne nebo rozepne 24V DC jenž poteacute může byacutet připojeno jako např digitaacutelniacute vstup do UMC

Nastaveniacute zpožděniacute sepnutiacute varovaacuteniacute nebo odpojeniacute lze zvolit v UMC a to v rozsahu od 01s ndash

255s Nastaveniacute citlivosti spiacutenaacuteniacute je možneacute v několika krociacutech Poloha přepiacutenače (0-7) s toleranciacute

na pozici 0 cca plusmn30 a daacutele vždy s toleranciacute cca plusmn10

CEM11 je možneacute uložit spolu s ostatniacutemi komponenty na DIN lištu normovaneacuteho rozměru

35mm nebo pomociacute přiacutedavneacuteho klipu pro nejmenšiacute rozměr CEM11-FBP20 [1]

Průměr průvlečneacuteho

oka [mm]

Proudovyacute rozsah

[mA]

20 80 - 1700

35 100 - 3400

60 120 - 6800

120 240 - 13600

Tab 24 Rozměry vyraacuteběnyacutech CEM11-FBPs udaacutevanyacutemi hodnotami svodovyacutech proudů

Obr 213 Zapojeniacute CEM11-FBP do obvodu [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 29

26 Napaacutejeciacute zdroj

Pro napaacutejeniacute modulů UMC100 DX122 a VI150 sloužiacute zdroj typu CP-D 2413 Jednaacute se o

napaacutejeciacute zdroj kteryacute na sveacutem vyacutestupu dovoluje regulaci napětiacute 24-28V DC s toleranciacute plusmn 1

Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute je umožněna z důvodu připojeniacute modulů na dlouheacute vedeniacute kde

vznikajiacute uacutebytky napětiacute praacutevě vlivem deacutelky vedeniacute Zpravidla klesne-li na vedeniacute napětiacute od

jednoho zdroje na ktereacutem je nastaveno maximaacutelniacute vyacutestupniacute napětiacute pod minimaacutelniacute hodnotu

potřebnou pro napaacutejeniacute modulu je nutneacute použiacutet dalšiacute napaacutejeciacute zdroj Maximaacutelniacute proud zdroje je

Imax = 13A a jmenovityacute vyacutestupniacute vyacutekon 30W Tento typ zdroje je diacuteky svyacutem modulaacuterniacutem

rozměrům možneacute umiacutestit na DIN lištu (EN50022-35) [6]

Naacutesledujiacuteciacute zatěžovaciacute charakteristika znaacutezorňuje zaacutevislost svorkoveacuteho napětiacute zdroje na

odebiacuteraneacutem proudu pro teplotu T=25degC

Obr 214 Zatěžovaciacute charakteristika zdroje CP-D 2413[6]

Obr 215 Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 30

27 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

Tento modul poskytuje komunikaci pro FieldBusPlug zařiacutezeniacute jako je např UMC100

s počiacutetačem prostřednictviacutem siacutetě Ethernet K MTQ22 lze připojit až 4 zařiacutezeniacute pro uacutesporu

naacutekladů Naacutesledujiacuteciacute popis je vztažen k Obr 216 kde jsou znaacutezorněny jednotliveacute čaacutesti modulu

1 konektory s označeniacutem X1 až X4 sloužiacute pro připojeniacute až 4 zařiacutezeniacute FBP

2 LED diody pro signalizaci aktuaacutelniacuteho stavu komunikace

3 micro USB konektor s označeniacutem X5 pro připojeniacute a konfiguraci pomociacute PC

4 dvě RJ45 zaacutesuvky s označeniacutem E1 a E2 pro připojeniacute pomociacute Ethernetoveacuteho kabelu

5 konektor pro připojeniacute 24V DC napaacutejeciacuteho napětiacute nese označeniacute X6

Obr 216 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 31

OCHRANNEacute FUNKCE 3Kontroleacuter nabiacuteziacute velkeacute množstviacute ochrannyacutech funkciacute potřebnyacutech pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacuteho chodu

motoru Některeacute funkce jsou aktivniacute pouze po čaacutest běhu motoru typicky při startu motoru jineacute

po jeho rozběhu Naacutesledujiacuteciacute tabulka (Tab 31) nastiacuteniacute přehled nejdůležitějšiacutech ochran motoru a

čas kdy jsou aktivovaacuteny

Ochrannaacute funkce Aktivniacute

Při tepelneacutem přetiacuteženiacute Vždy

Při zablokovaneacutem rotoru Při startu motoru

Při proudoveacutem přetiacuteženiacute Po startu

Při proudoveacutem podtiacuteženiacute Po startu

Sled faacuteziacute Vždy

Při faacutezoveacute nesymetrii Vždy

Při ztraacutetě faacuteze Vždy

PTC ochrana Vždy

Při zemniacutem spojeniacute Vždy po spuštěniacute

Při napěťovyacutech špičkaacutech Vždy

Při harmonickeacutem zkresleniacute Vždy

Tab 31 Ochranneacute funkce [1]

Nastaveniacute parametrů jednotlivyacutech ochran probiacutehaacute pomociacute UMC100-PAN

31 Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute

UMC100 disponuje nastavitelnyacutem vypiacutenaacuteniacutem při tepelneacutem přetiacuteženiacute podle třiacuted 5E 10E 20E

30E a 40E viz Obr 31 Tyto třiacutedy uvaacutedějiacute poměr mezi aktuaacutelniacutem prochaacutezejiacuteciacutem proudem

motorem I a jmenovityacutem proudem motoru In uvedenyacutem na štiacutetku v zaacutevislosti na maximaacutelniacute době

rozběhu t

Třiacuteda 5E 10E 20E 30E 40E

t [s] 15 3 6 3 12

Tab 32 Třiacutedy přetiacuteženiacute a čas odpojeniacute

Lze hovořit o dvou typech rozběhu motoru

1 normaacutelniacute rozběh - do 10s

2 těžkyacute rozběh - viacutece jak 10s

Při rozběhu zatiacuteženeacuteho motoru se otaacutečky zvyšujiacute z nuloveacute hodnoty na jmenovitou přičemž

dochaacuteziacute k naacuterůstu proudu až na několikanaacutesobek jeho jmenoviteacute hodnoty Zpravidla u většiacutech

motorů byacutevaacute naacuterůst až 10In tudiacutež v tento bdquokritickyacuteldquo okamžik nesmiacute vybavit ochrana na tepelneacute

přetiacuteženiacute Rozběh motoru pro UMC končiacute při poklesu proudu I na hodnotu 135 proudu

jmenoviteacuteho In nebo při dosaženiacute jmenovityacutech otaacuteček nn Udaacutevaneacute časy představuje Tab 32

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 32

311 Určeniacute teploty vinutiacute a vypiacutenaciacute třiacutedy

Podle způsobu určeniacute teploty vinutiacute motoru se ochrany rozlišujiacute na proudově nezaacutevisleacute a

proudově zaacutevisleacute

Proudově nezaacutevisleacute ochrany měřiacute přiacutemo teplotu ve vinutiacute motoru pomociacute vhodneacuteho čidla

teploty zpravidla termistoru Tiacutemto způsobem lze zjistit nedovoleneacute otepleniacute způsobeneacute např

poruchou cirkulace vzduchu kterou proudově zaacutevislaacute ochrana neniacute schopna vyhodnotit

Proudově zaacutevisleacute ochrany vyhodnocujiacute teplotu vinutiacute motoru nepřiacutemo a to prostřednictviacutem

vyacutepočtoveacuteho modelu z provozniacuteho proudu motoru Zvyacutešeniacute provozniacuteho proudu motoru maacute za

naacutesledek otepleniacute ktereacute vede trvaacute-li delšiacute dobu k poškozeniacute nebo zničeniacute motoru Ochrana při

tepelneacutem přetiacuteženiacute ndash TOL chraacuteniacute motor před přehřaacutetiacutem Tepelnyacute model je vypočiacutetaacutevaacuten za chodu i

v klidu motoru a z těchto stavů se pak zjistiacute tepelnaacute kapacita Znalost teacuteto hodnoty vede

k maximalizaci produktivity Funkčnost tepleneacuteho modelu je v souladu s normou

Při použitiacute motoru pro cyklickeacute operace dochaacuteziacute ke schodoviteacutemu zvyšovaacuteniacute teploty motoru Je

zapotřebiacute volit spraacutevnyacute čas intervalu mezi cykly aby nedochaacutezelo k přehřaacutetiacute a zbytečneacutemu

poškozeniacute izolace vinutiacute motoru

Funkce Thermal load (tzv tepelnaacute zaacutetěž) hliacutedaacute poměr aktuaacutelniacuteho prochaacutezejiacuteciacuteho proudu I a

jmenoviteacuteho proudu In motoru Jakmile poměr IIn přesaacutehne 100 začiacutenaacute odpočet TTT a motor

bude odpojen po uplynutiacute nastaveneacute periody Možnost opětovneacuteho spuštěniacute přetiacuteženeacuteho motoru

proběhne po jeho vychladnutiacute To je možneacute nastavit dvěma způsoby [1]

1 Ručně nastavenou periodou během ktereacute je motor blokovaacuten proti spuštěniacute

(ovlivňovaacuteno velikostiacute motoru teplotou prostřediacute kde je motor použit zda je vybaven

ventilaacutetorem či neniacute apod)

2 Nastaveniacutem procentuaacutelniacute hodnoty tepelneacute kapacity do ktereacute nebude moci obsluha

motor spustit (při nastaveniacute 50 nedojde k odblokovaacuteniacute ochrany pokud neklesne

tepelnaacute kapacita pod zadanou hodnotu)

Určeniacute vypiacutenaciacute třiacutedy je představeno na naacutesledujiacuteciacutem přiacutekladu

Maacuteme-li trojfaacutezovyacute asynchronniacute motor o vyacutekonu 22kW poměr IIn = 5 a maximaacutelniacute dobu

rozběhu to = 10s Z přiloženeacuteho grafu vypiacutenaciacutech třiacuted pro studenyacute motor určiacuteme požadovanou

třiacutedu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 33

Obr 31 Vypiacutenaciacute třiacutedy pro UMC100-FBP[1]

Z vyacutesledku je patrneacute že motor budeme vypiacutenat proti přetiacuteženiacute podle třiacutedy 5E jelikož křivka

pro 5E je pod maximaacutelniacute dobou rozběhu to = 10s Pokud by došlo ke zvoleniacute např třiacutedy 10E

hrozilo by poškozeniacute motoru jelikož by na motor působilo přetiacuteženiacute delšiacute dobu než je tomu

dovoleno [10]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 34

32 Ochrana při zablokovaneacutem rotoru

V okamžiku připojeniacute motoru na napaacutejeciacute siacuteť se rotor neotaacutečiacute (n = 0 s = 1) Motor je ve

stavu nakraacutetko a jeho proud je omezen pouze ohmickyacutemi odpory a rozptylovyacutemi reaktancemi

vinutiacute Zaacuteběrnyacute proud I1z dosahuje většinou 4 až 10 x většiacutech hodnot než proud jmenovityacute In

Určit velikost tohoto proudu je možneacute ze vztahu 321

radic

kde

U1 - Vstupniacute napětiacute

R1 - Odpor primaacuterniacuteho vinutiacute

Xr1 - Reaktance statoroveacuteho vinutiacute

Xrsquor20 - Reaktance zabrzděneacuteho rotoru

Rlsquo2s - Celkovyacute činnyacute odpor rotoru

RFe - Činnyacute odpor magnetickeacuteho obvodu

Xm - Reaktance magnetickeacuteho obvodu

I1z - Zaacuteběrnyacute proud

Obr 32 Obvodovyacute model asynchronniacuteho motoru pro jednu faacutezi statoroveacuteho vinutiacute ndash nakraacutetko

Velkyacute zatěžovaciacute moment Mz nebo mechanickaacute porucha může zapřiacutečinit zablokovaacuteniacute rotoru

Ochrannaacute funkce detekuje dlouhou počaacutetečniacute situaci kteraacute je praacutevě důsledkem zmiacuteněnyacutech přiacutečin

UMC100 tiacutemto odpojiacute motor od napaacutejeniacute čiacutemž ho ochraacuteniacute od nadměrneacuteho tepelneacuteho namaacutehaacuteniacute

V uživatelskeacutem prostřediacute je možneacute individuaacutelně nastavit jak maximaacutelniacute proud tak i čas po

ktereacutem dojde k odpojeniacute zablokovaneacuteho motoru Pro experimentaacutelniacute použitiacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy je nastavena hodnota poměru pro odpočet a naacutesledneacute odpojeniacute IIn na 300 [1] [9]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 35

33 Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute zabezpečiacute odpojeniacute motoru vyskytne-li se v obvodu většiacute

hodnota proudu než nastavenaacute jmenovitaacute In Bliacuteže tuto funkci představiacute přiloženyacute průběh Funkce

je aktivniacute až po roztočeniacute motoru v okamžiku rozběhu je neaktivniacute

Princip ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Do okamžiku T1 od zapnutiacute klesne zaacuteběrnyacute proud na hodnotu cca Ix = 135 In V časoveacutem

uacuteseku T1 až T2 dochaacuteziacute k naacuterůstu prochaacutezejiacuteciacuteho proudu motorem V okamžiku T2 překročiacute

proud hodnotu Ivar Tiacutemto okamžikem začne odpočet nastaveneacute doby zpožděniacute tvar kteraacute po

uplynutiacute sepne signalizaci varovaacuteniacute nadproudoveacuteho přetiacuteženiacute Odpočet doby tvar narůstaacute je-li

proud motorem I gt Ivar Jakmile proud I ge Iodp dochaacuteziacute k sepnutiacute čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute todp

Platiacute-li podmiacutenka I ge Iodp a dojde k načteniacute hodnoty todp UMC100 odpojiacute motor od napaacutejeniacute a tiacutem

zabraacuteniacute jeho poškozeniacute

Obr 33 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu přetiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash dosaženiacute vysokeacute proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash dosaženiacute hodnoty proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

34 Ochrana při proudoveacutem podtiacuteženiacute

Jakmile hodnota (činneacuteho) proudu klesne pod nastavenou uacuteroveň kteraacute je pro danyacute proces

typickaacute dojde v UMC100 k vybaveniacute ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a motor odpojiacute od

napaacutejeniacute Tato ochrana se předevšiacutem využiacutevaacute pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacute funkce čerpadla když detekuje

ztraacutetu jeho saacuteniacute či pro paacutesoveacute dopravniacuteky ve vyacuterobniacutech provozech Včasneacute varovaacuteniacute a odpojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 36

motoru snižuje zejmeacutena prostoje vyacuteroby Princip varovaacuteniacute a odpojeniacute je představen na

naacutesledujiacuteciacutem průběhu jak tomu bylo u ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Princip ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute zobrazeneacuteho průběhu

Po poklesu aktuaacutelniacuteho proudu v okamžiku T1 motor normaacutelně běžiacute V časoveacutem uacuteseku T1 až

T2 dochaacuteziacute k poklesu proudu pod jmenovitou hodnotu In až na nastavenou hodnotu Ivar Při

dosaženiacute teacuteto hodnoty začne odpočet varovaacuteniacute proudoveacuteho podtiacuteženiacute Nepřesaacutehne-li proud za

dobu kratšiacute než tvar mez Ivar (tzn nevzroste-li se zpět k In) dojde ke spuštěniacute signalizace

proudoveacuteho podtiacuteženiacute Při pokračujiacuteciacutem poklesu proudu jak je patrneacute v časoveacutem intervalu T2-T3

až na mez Iodp dojde k čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute Při překročeniacute nastaveneacute doby todp a za

podmiacutenky že proud I le Iodp UMC100 motor odpojiacute od napaacutejeciacute siacutetě

Obr 34 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash niacutezkaacute proudovaacute uacuteroveň kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash hodnota proudu kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

Popis funkce ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute blokoveacuteho scheacutematu

Signaacutel Istart představuje hodnotu proudu po startu motoru- log 1(tzn Signalizace motoru v

chodu) Tento signaacutel tvořiacute vstup logickeacuteho hradla AND (1) Funkci tohoto hradla znaacutezorňuje

přiloženaacute tabulka Tab 33 Druhyacute vstup signalizuje aktuaacutelniacute hodnotu proudu kteraacute motorem

proteacutekaacute Je-li proud IltIvar detekuje hradlo AND druhou logickou jedničku a hradlo vybaviacute podle

přiloženeacute tabulky Tento signaacutel z hradla aktivuje časovač zpožděniacute varovaacuteniacute Po uplynutiacute

nastaveneacuteho časoveacuteho uacuteseku signalizuje podtiacuteženiacute Dochaacuteziacute-li staacutele k poklesu proudu až do

uacuterovně kdy IltIodp pak na druheacutem logickeacutem hradle AND (2) budou na vstupu log 1 Sepne

čiacutetaacuteniacute zpožděniacute vypnutiacute a po uplynutiacute doby UMC motor vypne

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 37

Obr 35 Blokoveacute scheacutema ochrany proti proudoveacutemu podtiacuteženiacute [1]

Vstup Vyacutestup

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

Tab 33 Princip funkce logickeacuteho hradla AND

341 Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek

Při chodu asynchronniacuteho motoru odebiacuteraacute stroj ze siacutetě jalovyacute proud kteryacute je potřebnyacute pro

vytvořeniacute magnetizace hlavniacuteho magnetickeacuteho obvodu Tento tzv magnetizačniacute proud je

nezaacutevislyacute na zatiacuteženiacute stroje Uplatněniacute nalezne zejmeacutena při chodu napraacutezdno a maleacutem zatiacuteženiacute

kdy je uacutečiniacutek motoru niacutezkyacute Motor maacute tedy nejleacutepe pracovat při plneacutem zatiacuteženiacute[11]

Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek jsou důležiteacute parametry pro detekovaacuteniacute niacutezkeacute zaacutetěže nebo situace bez

zaacutetěže např uzavřenyacute ventil Pomociacute napěťoveacuteho modulu VI15x a UMC je měřeno sdruženeacute

(faacutezoveacute) napětiacute faacutezovyacute proud čili i faacutezovyacute posuv mezi proudem a napětiacutem - cos φ Pomociacute těchto

parametrů je UMC schopneacute analogicky spočiacutetat hodnotu činneacuteho přiacutekonu

radic

Poklesne-li poteacute činnyacute přiacutekon pod nastavenou procentuaacutelniacute hodnotu P (př 85 Pn) motor vypne

tj bude-li PPn le 085

Experimentaacutelniacutem měřeniacutem v raacutemci laboratorniacute uacutelohy byla pomociacute přiacutestroje Yokogawa WT1800

změřena zaacutevislost uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute motoru Z vyacutesledneacuteho grafu (Obr 37) je

patrneacute že se snižovaacuteniacutem zatiacuteženiacute rotoru klesaacute velikost uacutečiniacuteku Naměřeneacute hodnoty pro konstrukci

grafu jsou uvedeny v přiacuteloze

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 38

Obr 36 Charakteristiky asynchronniacuteho motoru při zatiacuteženiacute [11]

Obr 37 Graf zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti P2

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

01

02

03

04

05

06

07

08

09

0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000

P1 [

W]

cos

ϕ [

-]

P2 [W]

P2 P1 Q1

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 39

35 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

Princip ochrany

Je-li poměr nejnižšiacuteho proudu (Imin) a nejvyššiacuteho proudu (Imax) ve faacuteziacutech nad nastavenou

uacuterovniacute pro varovaacuteniacute sepne signalizace ztraacutety faacuteze Jakmile ovšem tento poměr překročiacute

nastavenou hodnotu pro odpojeniacute motoru sepne zpožděniacute vypnutiacute a podle nastaveneacute třiacutedy

přetiacuteženiacute motor po uplynutiacute časoveacuteho intervalu odpojiacute

Funkce faacutezoveacute nesymetrie je aktivniacute pouze tehdy je-li proud ve všech třech faacuteziacutech gt 25 In

(jmenoviteacuteho proudu) [1]

Naacutesledujiacuteciacute rovnice představuje vyacutepočet procentuaacutelniacuteho poměru proudu pro vypnutiacute motoru při

uacuteplneacute ztraacutetě faacuteze

(

)

36 Ochrana sledu faacuteziacute

Ochrana sledu faacuteziacute hliacutedaacute zejmeacutena spraacutevnyacute směr otaacutečeniacute motoru Důležiteacute pro použitiacute teacuteto

ochrany je miacutesto zapojeniacute napěťoveacuteho modulu VI15x Pokud by byl modul zapojen za stykači

nastala by chyba při reverzniacutem zapojeniacute Na stykačiacutech dochaacuteziacute zapojeniacutem k zaacuteměně dvou

faacutezovyacutech vodičů a tiacutem i změně směru otaacutečeniacute motoru UMC s pomociacute VI150 vyhodnotiacute situaci

jako chybovou a vypne motor Napěťovyacute modul se tedy zpravidla umiacutesťuje hned za hlavniacute jistiacuteciacute

prvek viz Obr 44

37 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Jedno z největšiacutech nebezpečiacute pro motor představuje ztraacuteta jedneacute napaacutejeciacute faacuteze Chod na 2

napaacutejeciacute faacuteze zatěžuje motor na tepelneacute uacutečinky proudu vlivem zvyacutešeniacute proudu ve zbylyacutech 2

faacuteziacutech UMC100 v tomto přiacutepadě vypiacutenaacute motor podle předem stanovenyacutech časovyacutech intervalů

Intervaly vypnutiacute jsou stejneacute jako pro ochranu proti proudoveacutemu přetiacuteženiacute (Tab 32) a

odpoviacutedajiacute nastaveneacute třiacutedě přetiacuteženiacute Tuto ochranu dřiacuteve zajišťovalo tepelneacute releacute ktereacute v tomto

přiacutepadě nemusiacute byacutet použito

38 PTC ochrana

381 Termistor

Termistor je polovodičovyacute nelineaacuterniacute dvojpoacutel jehož odpor se měniacute v zaacutevislosti na teplotě

prostřediacute ve ktereacutem pracuje Jeho vyacutehodou je že velmi rychle a citlivě reaguje na změnu teploty

Rozlišujeme zpravidla 2 druhy termistorů

1 NTC (Negative Temperature Coefficient) - termistor se zaacutepornyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou klesaacute jeho odpor (roste elektrickaacute vodivost a proud)

2 PTC (Positive Temperature Coefficient) ndash termistor s kladnyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou jeho odpor roste

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 40

Obr 38 Zaacutevislost odporu termistoru na teplotě

Použitiacute termistorů

NTC termistory se použiacutevajiacute zpravidla k měřeniacute teploty PTC se nejčastěji využiacutevaacute

v kuchyňskyacutech spotřebičiacutech kde je požadovaacutena konstantniacute teplota v termostatech a pro hliacutedaacuteniacute

teploty vinutiacute motorů

382 Princip PTC ochrany v UMC

Ochrana obecně spadaacute do skupiny proudově nezaacutevislyacutech ochran Pro připojeniacute PTC

termistoru sloužiacute na UMC100 svorky s označeniacutem T1 a T2 PTC zvyšuje svůj odpor s rostouciacute

teplotou proto je možneacute ho použiacutet pro hliacutedaacuteniacute teploty např vinutiacute statoru UMC je schopneacute

vyhodnotit tuto změnu odporu a vydaacute signaacutel k odpojeniacute motoru od siacutetě [7]

39 Ochrana při zemniacutem spojeniacute

Ochrana při zemniacutem spojeniacute spočiacutevaacute v ochraně motoru siacutetě a technologie při nežaacutedouciacutech

vlivech způsobenyacutech zejmeacutena staacuternutiacutem izolace a jejiacutem zhoršenyacutem izolačniacutem uacutečinkem

Naacutesledkem přetěžovaacuteniacute vedeniacute vlhkostiacute kondenzaciacute vody v elektrickeacutem zařiacutezeniacute nebo vrstvou

vodiveacuteho prachu jsou praacutevě zhoršeneacute vlastnosti izolačniacuteho materiaacutelu To vede k nechtěneacutemu

zemniacutemu spojeniacute Zemniacute spojeniacute je monitorovaacuteno pomociacute UMC spolu se zařiacutezeniacutem CEM11 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 41

DEMONSTRAČNIacute PŘIacutePRAVEK 4

41 Naacutevrh přiacutepravku

Pro demonstraci UMC100 a dalšiacutech prvků řady produktů od společnosti ABB sro byl

navržen přiacutepravek pomociacute software AutoCAD a Inventor Professional kteryacute byl poteacute zrealizovaacuten

a oživen Nosnaacute konstrukce (Obr 41) je vyrobena z jӓckelu o rozměru 25x25mm

Obr 41 Nosnaacute konstrukce

Čelniacute panel tvořiacute plech s rozměry 500x400mm a tloušťky 2mm Plech je osazen

rozvaděčovyacutemi kanaacutely 25x60mm a všemi potřebnyacutemi komponentami pro realizaci zapojeniacute

Vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho panelu s otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky a ovlaacutedaciacute tlačiacutetka motoru je na

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

Seznam použityacutech komponent Vyacuterobce

3-poacutelovyacute jistič C16 OEZ

Pojistkoveacute pouzdro RSP 4 Elektro Bečov

Komunikačniacute modul MTQ22-FBP ABB

Motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP ABB

Napěťovyacute modul VI150-FBP ABB

Rozšiřovaciacute modul DX122-FBP ABB

Ministykač LC1K09(LC1K12) Schneider Electric

Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A ABB

Rozvaděčovyacute kanaacutel 25x60mm KOPOS

Přiacutestrojoveacute zdiacuteřky 4mm do panelu AMASS

Tlačiacutetka do panelu 250V1A JIETONG

Tab 41 Seznam použityacutech komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 42

Pro konstrukci je důležiteacute aby navrženyacute panel rozměrově odpoviacutedal všem potřebnyacutem přiacutestrojům

a modulům Pro tuto přiacuteležitost je pomociacute software AutoCAD vytvořen vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho

panelu Obr 43 kteryacute je konstruovaacuten

Navrženyacute nosnyacute plech tloušťky 2mm na ktereacutem jsou umiacutestěny veškereacute komponenty Obr 42

Ve vrchniacute polovině plechu jsou vyvrtaacuteny otvory o průměru 4mm sloužiacuteciacute pro uchyceniacute

rozvaděčoveacuteho kanaacutelu a DIN lišty Ve středniacute čaacutesti plechu jsou 4 průvlečneacute otvory určeneacute k

průchodu vodičů ze zadniacute čaacutesti plechu (od napaacutejeciacutech svorek) do rozvaděčoveacuteho kanaacutelu na straně

předniacute Pro tuto potřebu jsou stejneacute otvory vyvrtaacuteny takeacute do dna kanaacutelu Ve spodniacute čaacutesti jsou

otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky pomociacute kteryacutech je zajištěno napaacutejeniacute panelu a poteacute napaacutejeniacute motoru

a 3 otvory na ovlaacutedaciacute tlačiacutetka k zajištěniacute ovlaacutedaacuteniacute motoru Uchyceniacute plechu k nosneacute konstrukci

je provedeno samořeznyacutemi šroubky M5 v roziacutech plechu

Obr 42 Naacutevrh plechu panelu

Vyacutekres plechu s udaacuteniacutem koacutet je obsažen v přiacuteloze praacutece viz Obr 01

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 43

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 44

42 Scheacutema zapojeniacute přiacutepravku

Demonstračniacute panel je uzpůsoben pro reverzniacute chod trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 44 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho přiacutepravku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 45

43 Vyacuteslednyacute přiacutepravek

Vyacuteslednyacute osazenyacute a zapojenyacute přiacutepravek určenyacute pro laboratorniacute uacutelohu doplněnyacute vhodnyacutemi

štiacutetky pro ovlaacutedaacuteniacute a zapojeniacute napaacutejeciacute siacutetě (VSTUP) a motoru (VYacuteSTUP)

Obr 45 Demonstračniacute přiacutepravek

Zadniacute čaacutest panelu s izolovaacuteniacutem konektorů FASTON pomociacute teplem smrštitelneacute bužiacuterky před

nebezpečnyacutem dotykem živeacute čaacutesti

Obr 46 Zadniacute pohled

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 46

44 Demonstračniacute kufr pro ABB

Pro společnost ABB sro byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 prezentujiacuteciacute

jeho možnosti Zaacutekladniacutem požadavkem naacutevrhu bylo řešeniacute pomociacute jednofaacutezoveacuteho napaacutejeniacute

Jelikož UMC100 je uzpůsobeno pro chod trojfaacutezovyacutech motorů je použit frekvenčniacute měnič

ACS50 kteryacute nabiacuteziacute při napaacutejeniacute pomociacute jednofaacutezoveacute siacutetě na sveacutem vyacutestupu napětiacute 3x230V50Hz

Pro digitaacutelniacute vstupy UMC100 a rozšiřovaciacuteho modulu DX111 je navrženo použitiacute dvoupoacutelovyacutech

paacutečkovyacutech přepiacutenačů s funkciacute (ON)-OFF-ON s napětiacutem 24V DC K signalizaci aktivniacutech vstupů

a vyacutestupů je navrženo použitiacute zelenyacutech signaacutelek Ovlaacutedaciacute panel kufru obsahuje spiacutenače pro

simulaci ztraacutety napaacutejeciacute faacuteze motoru potenciometr k simulaci faacutezoveacute nesymetrie daacutele červenou

signaacutelku pro signalizaci poruchovyacutech stavů a žlutou pro chod motoru Všechny přepiacutenače a

signaacutelky jsou přiacutestupneacute uživateli prostřednictviacutem navrženeacuteho ovlaacutedaciacuteho panelu kteryacute současně

posloužiacute jako kryt kufru (Obr 02) Jelikož pro přenosnyacute kufr neniacute nejvhodnějšiacute použitiacute

asynchronniacuteho motoru je proto použit 6-poacutelovyacute synchronniacute motor s přiacutekonem 23VA

vyacutestupniacutem vyacutekonem 105W a jmenovityacutem proudem 100mA

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 47

Obr 47 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho kufru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 48

SIMULACE OCHRAN 5Kapitola obsahuje soupis simulaciacute ochran ktereacute jsou demonstrovaacuteny v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jež se zabyacutevaacute problematikou UMC100 Z širokeacute škaacutely ochran jsou vybraacuteny 4 situace ktereacute

se v průmyslu často vyskytujiacute

51 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

K nasimulovaacuteniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii je použit posuvnyacute potenciometr kteryacute je

připojen na svorky (12) Pomociacute potenciometru bude snižovaacutena velikost napětiacute na přiacutevodniacute faacutezi

do motoru (L1) Pro demonstraci ochrany je použit napěťovyacute modul VI150 spolu s UMC100 Na

svorky modulu označeneacute (L1L2 a L3) jsou přivedeny faacuteze v uvedeneacutem sledu Při zvyšovaacuteniacute

odporu rezistoru ve faacutezi dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute napětiacute na přiacutevodniacute svorce (L1) vlivem rostouciacuteho

uacutebytku napětiacute na daneacutem rezistoru Je-li napěťovyacute modul propojen vodičem s UMC a je-li spraacutevně

nastaven UMC vyhodnotiacute po určiteacutem poklesu napětiacute a naacuterůstu proudu ve zbylyacutech dvou faacuteziacutech

(L2 a L3) jako chybovou a vybaviacute Nejprve bude vybaveno varovaacuteniacute a poteacute dojde k odpojeniacute

motoru

52 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze je motor vystaven vysokeacutemu riziku což většinou vede k jeho

zničeniacute Demonstrace ochrany proběhne uacuteplnyacutem odpojeniacutem napaacutejeciacute faacuteze L2 Pro vybaveniacute

ochrany neniacute zapotřebiacute aby byl motor v chodu neboť použitiacute napěťoveacuteho modulu VI150

detekuje nepřiacutetomnost napětiacute faacuteze a vybaviacute Při chodu motoru ochrana vybaviacute od 15s pro třiacutedu

5E a do 12s pro 40E podle nastaveneacute třiacutedy přetiacuteženiacute viz Tab 32 Princip funkce při chodu

motoru spočiacutevaacute v porovnaacuteniacute nejvyššiacute a nejnižšiacute naměřeneacute hodnoty faacutezoveacuteho proudu s

nastavenyacutemi uacuterovněmi Vyacutehodou je že signalizuje varovaacuteniacute ještě před samotnyacutem spuštěniacutem

motoru kdy může nastat stav že je přepaacutelena pojistka a obsluha toto nezaznamenala Mimo

přepaacuteleneacute pojistky se může takeacute jednat o uvolněnyacute nebo opotřebenyacute kontakt

53 Ochrana sledu faacuteziacute

Pro spraacutevnyacute chod motoru a diagnostiku pomociacute kontroleacuteru s použitiacutem napěťoveacuteho modulu je

zapotřebiacute dodržet sled faacuteziacute tzn Faacutezovyacute vodič L1rarrsvorka L1 L2 rarrsvorka L3 a L3rarrsvorka L3

Při zaacuteměně některyacutech faacutezovyacutech vodičů neprodleně vybaviacute ochrana sledu faacuteziacute a neniacute dovoleno

spuštěniacute motoru do okamžiku dokud neniacute obsluhou tento probleacutem vyřešen

54 PTC ochrana

Pro vyhodnocovaacuteniacute teploty vinutiacute statoru motoru sloužiacute termistor PTC Při zvyacutešeniacute teploty

nastaacutevaacute zvyacutešeniacute odporu termistoru (viz Obr 38) a motor odpojiacute Udaacutevanaacute odezva UMC na

změnu odporu je v rozmeziacute R = 34-38kΩ

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 49

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany

Z důvodu ochrany motoru neniacute vhodneacute vystavovat motor zvyacutešeneacute teplotě pro nastiacuteněniacute funkce

PTC ochrany Pro tento uacutečel posloužiacute zhotovenyacute box osazenyacute lineaacuterniacutem potenciometrem

s hodnotou odporu 25kΩ jemuž jsou předřazeny odpory 1kΩ a 330Ω

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 50

LABORATORNIacute UacuteLOHA 6

61 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100

Uacutekolem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute řiacutediacuteciacute a kontrolniacute jednotkou pro

provoz trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru UMC100

Motorovyacute kontroleacuter nabiacuteziacute 3 releacuteoveacute vyacutestupy Tyto vyacutestupy jsou připojitelneacute na napětiacute 230V AC s

maximaacutelniacutem proudem 1A Releacuteoveacute vyacutestupy sloužiacute zejmeacutena pro připojeniacute budiacuteciacutech ciacutevek stykačů

Hlavniacute vstupy jsou tvořeny seacuteriiacute svorek jež je umiacutestěnaacute ve spodniacute čaacutesti kontroleacuteru Svorky nesou

označeniacute (DI0 DI1 hellip DI5) Tyto digitaacutelniacute vstupy pracujiacute s napětiacutem 24V DC a sloužiacute pro

připojeniacute ovlaacutedaciacutech tlačiacutetek jako start motoru stop motoru reverzaci rozběh hvězda-trojuacutehelniacutek

nebo např použitiacute vstupu pro koncovyacute spiacutenač pro připojeniacute pomocnyacutech kontaktů stykačů či

funkci aktuaacutetor kdy je ovlaacutedaacuten pohon ventilu Vše podle nastaveniacute uživatele a pracovniacuteho

procesu Vedle hlavniacutech vstupniacutech kontaktů se nachaacuteziacute takeacute jeden vyacutestupniacute s označeniacutem (DO3)

Tento digitaacutelniacute vyacutestup lze využiacutet k připojeniacute 24V DC signalizačniacute kontrolky pro chybovaacute hlaacutešeniacute

modulu UMC100 nabiacuteziacute integrovanyacute vstup pro připojeniacute PTC termistoru Diacuteky PTC jsme

schopni hliacutedat teplotu statoroveacuteho vinutiacute a předejiacutet tiacutem zaacutevažneacutemu poškozeniacute motoru

Hlavniacute obvod

Měřeniacute proudu faacutezovyacutemi vodiči je řešeno pomociacute 3 průvlečnyacutech ok integrovanyacutech v modulu

Tato průvlečnaacute oka jsou měřiacuteciacutemi transformaacutetory proudu navinutyacutemi na toroidniacutem jaacutedře Diacuteky

těmto transformaacutetorům je kontroleacuter schopnyacute měřit proud v rozsahu 024 až 63A Pro vyššiacute

hodnoty proudů až 850A se použiacutevaacute externiacute proudovyacute transformaacutetor

Možnost rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru

UMC se v průmyslovyacutech aplikaciacutech nejčastěji použiacutevaacute s využitiacutem napěťoveacuteho a rozšiřovaciacuteho

(vstupně-vyacutestupniacuteho) modulu Pro laboratorniacute uacutelohu je použit napěťovyacute modul VI150 a

rozšiřovaciacute modul DX122 jenž jsou připojeny k UMC pomociacute UMCIO-CAB přes svorky

s označeniacutem Ca a Cb

Napěťovyacute modul VI150

K demonstraci kontroleacuteru je použit modul s označeniacutem VI150 Zařiacutezeniacute disponuje konektory pro

připojeniacute faacutezovyacutech vodičů (L1 L2 a L3) a je schopneacute měřit hodnotu sdruženeacuteho napětiacute siacutetě

S naměřenyacutemi hodnotami faacutezoveacuteho proudu pomociacute UMC dostaacutevaacuteme takeacute hodnotu faacutezoveacuteho

posuvu mezi napětiacutem a proudem tedy uacutečiniacuteku cos φ Z těchto naměřenyacutech parametrů vypočiacutetaacute

řiacutediacuteciacute jednotka kontroleacuteru činnyacute přiacutekon Ovšem pro spraacutevnou detekci napětiacute je nutneacute dodržet

zapojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 51

Vstupně-vyacutestupniacute modul DX122

Modul umožňuje rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru o dalšiacutech 8 digitaacutelniacutech vstupů na napětiacute 110-230V AC 4

releacuteoveacute vyacutestupy a 1 analogovyacute vyacutestup Pomociacute programu ABB Asset Vision Basic je možneacute

přiacutemeacute přiřazeniacute parametrů a programovaacuteniacute UMC100 a takeacute všech zařiacutezeniacute kteraacute jsou vybavena

DTM (Device Type Manager)- naacutestroj pro konfiguraci a spraacutevu zařiacutezeniacute

Komunikačniacute modul MTQ22

O komunikaci mezi UMC a PC se staraacute modul MTQ22 V software vytvořeneacutem pomociacute

vyacutevojoveacuteho prostřediacute LabVIEW lze sledovat aktuaacutelniacute měřeneacute veličiny zobrazenaacute varovaacuteniacute

poruchovyacutech stavů informace o stavu vstupů a vyacutestupů apod

Napaacutejeciacute zdroj

Napaacutejeniacute modulů zajišťuje zdroj CP-D 2413A s regulaciacute vyacutestupniacuteho napětiacute Regulace je možnaacute

v rozpětiacute 24-28V DC Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute zdroje je umožněna z důvodu požadavku

přesneacuteho napětiacute 24V DC Vlivem zatiacuteženiacute (napaacutejeniacute UMC VI a DX) vyacutestupniacute napětiacute zdroje klesaacute

podle zatěžovaciacute charakteristiky přiacuteslušneacuteho zdroje CP-D sloužiacute takeacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacutech

vstupů UMC

Ochranneacute funkce

UMC nenabiacuteziacute pouze možnost měřeniacute faacutezoveacuteho proudu ale takeacute řadu ochran při poruchovyacutech

stavech provozu Nejčastěji v praxi využiacutevanaacute ochrana je ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute kteraacute

je doprovaacutezena varovnou signalizaciacute nastaacutevajiacuteciacute poruchy

Ochrana motoru při proudoveacutem podtiacuteženiacute pracuje na obdobneacutem principu jako předchoziacute ochrana

Kontroleacuter monitoruje hladinu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu Při jeho poklesu pod nastavenou

uacuteroveň maximaacutelniacuteho dovoleneacuteho poklesu (udaacutevaneacute relativně v k jmenoviteacutemu In) dochaacuteziacute k

signalizaci chyby a odpojeniacute motoru od siacutetě

PTC ochrana spočiacutevaacute v hliacutedaacuteniacute teploty statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru pomociacute PTC

termistoru V našem přiacutepadě je použito lineaacuterniacuteho potenciometru kdy se zvyšujiacuteciacutem se odporem

potenciometru simulujeme zvyšujiacuteciacute se teplotu statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru

Při ztraacutetě některeacute napaacutejeciacute faacuteze motoru dochaacuteziacute k okamžiteacutemu blokovaacuteniacute startu motoru

Ochrana sledu faacuteziacute zajistiacute spraacutevneacute zapojeniacute vodičů L1 L2 a L3 ktereacute je slučitelneacute s nastaveniacutem v

UMC

Vlivem přerušovaneacuteho provozu např S3 kdy nedochaacuteziacute v době klidu a odpojeniacute motoru k

poklesu teploty na teplotu okoliacute může vybavit Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute - Thermal

Overload Protection (TOL)

Zablokovaniacute rotoru byacutevaacute způsobeno přiacuteliš vysokyacutem zaacutetěžnyacutem momentem Mz na hřiacutedeli motoru

nebo mechanickou poruchou Kontroleacuter je při startu schopen detekovat tento stav

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 52

62 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute uacutelohy a scheacutema zapojeniacute panelu

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 53

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 54

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha

Štiacutetek použiteacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 64 Štiacutetek motoru

63 Popis scheacutematu zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

Na vstupniacute svorky s označeniacutem VSTUP (L1 L2 L3 N PE) jsou přivedeny přiacuteslušneacute vodiče

z pracovniacuteho stolu Hlavniacute 16A jistič s vypiacutenaciacute charakteristikou typu C sloužiacute pro jištěniacute siloveacute

čaacutesti obvodu Pro jištěniacute napaacutejeciacuteho zdroje CP-D sloužiacute tavnaacute pojistka 2T250V Napěťoveacute

vstupy na modul VI150 jsou jištěny tavnou pojistkou F125250V Posuvnyacute potenciometr

umiacutestěnyacute na faacutezoveacutem vodiči L1 sloužiacute k demonstraci ochrany při faacutezoveacute nesymetrii

Komunikačniacute modul MTQ22 zajišťuje komunikaci mezi UMC a PC kdy prostřednictviacutem

Ethernetoveacute siacutetě jsme schopni čiacutest měřeneacute veličiny

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 55

64 Pracovniacute postup

1 Seznamte se s kontroleacuterem UMC100 a ostatniacutemi komponenty použityacutemi pro laboratorniacute

uacutelohu a se scheacutematem zapojeniacute uacutelohy

2 Připojte elektromotor a vstupniacute svorky na přiacuteslušneacute zdiacuteřky Před připojeniacutem vyacutekonoveacuteho

potenciometru ověřte měřeniacutem jeho minimaacutelniacute a maximaacutelniacute hodnotu odporu a

poznamenejte si je

3 Připojte potenciometr na určeneacute zdiacuteřky označeneacute čiacutesly 1 a 2 a nastavte hodnotu odporu

4 Po kontrole zapojeniacute vyučujiacuteciacutem zapněte pracoviště a nastavte autotransformaacutetor na 100

vyacutestupniacuteho napětiacute Zapněte hlavniacute jistič Kontrola a nastaveniacute komunikace mezi UMC

DX a VI

Nastaveniacute Komunikace se provede přes LCD displej naacutesledujiacuteciacutem způsobem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on

5 Stiskem tlačiacutetka VPŘED nebo VZAD na panelu uvedeme motor do chodu Pro přechod

z jednoho směru do druheacuteho je nutneacute nejprve zastavit motor tlačiacutetkem STOP Při

zastaveniacute je kontroleacuterem motor blokovaacuten po dobu 3s před dalšiacutem spuštěniacutem z důvodu

doběhu motoru Pohybem tlačiacutetek nahoru dolů pomociacute LCD v hlavniacute nabiacutedce - UMC -

můžeme sledovat aktuaacutelniacute proud motoru sdruženeacute napětiacute odebiacuteranyacute přiacutekon ze siacutetě

uacutečiniacutekhellip

6 Při provaacuteděniacute uacutelohy na brzdě (dynamometru) ověřte funkci ochrany při zablokovaacuteniacute

rotoru funkci ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a proudoveacutem přetiacuteženiacute

7 Při vybaveniacute každeacute z ochran zaznamenejte hodnotu kdy vypnula Před novyacutem startem je

důležiteacute přečiacutest zaacuteznam důvodu poruchy a proveacutest reset na panelu UMC100-PAN jinak je

START blokovaacuten

65 Měřeniacute

OCHRANA PŘED PŘEHŘAacuteTIacuteM MOTORU

Potenciometrem označenyacutem PTC je zvyšovaacutena hodnotu odporu do okamžiku kdy dojde

k odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě zapůsobeniacutem PTC ochrany Hodnota odporu potenciometru

při vybaveniacute ochrany je určena měřeniacutem na 341kΩ Odpoviacutedajiacuteciacute hodnotu teploty motoru

odečteme z grafu a hodnoty odporu potenciometru při vypnutiacute

Do tabulky zapište změřenou hodnotu odporu potenciometru při vypnutiacute Při teacuteto hodnotě odporu

odečtěte teplotu motoru z grafu Ziacuteskanou teplotu porovnejte s vypočtenou teplotou motoru

Tabulka naměřenyacutech a vypočtenyacutech hodnot

R ϑg R0 ϑ

[Ω] [degC] [Ω] [degC]

3410 136 1320 13626

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 56

Vyacutepočet vychaacuteziacute ze vztahu pro zaacutevislost elektrickeacuteho odporu vodiče na teplotě

(651)

kde

(652)

Po uacutepravě pak

α - teplotniacute součinitel elektrickeacuteho odporu (K-1

) (α = 001162 K-1

)

R0 - odpor potenciometru v zaacutekladniacute poloze

R - odpor potenciometru při vybaveniacute ochrany

ϑg - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute odečtenaacute z grafu

ϑ - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute ndash vypočtenaacute

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

R [

Ω]

ϑ [degC]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 57

Vinutiacute motoru je izolovaacuteno izolaciacute třiacutedy F (155)

Třiacuteda izolace A E B F H

Okolniacute teplota [degC] 40 40 40 40 40

Povolenyacute naacuterůst teploty [degC] 60 75 80 105 125

Teplotniacute rezerva 5 5 10 10 15

Konečnaacute teplota 105 120 130 155 180

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru [12]

OCHRANA PŘED NESPRAacuteVNYacuteM SLEDEM FAacuteZIacute

Nedodrženiacutem sledu napaacutejeciacutech faacutezovyacutech vodičů (zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů svorek L2 a L3)

jak je nastaveno v UMC provaacutediacute napěťovyacute modul blokaci startu motoru V tomto přiacutepadě

vybavuje neprodleně ochrana sledu faacuteziacute ndashPhase sequence Funkci zaznamenejte do protokolu

OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII

Zvyšovaacuteniacutem odporu vyacutekonoveacuteho potenciometru zapojeneacuteho ve faacutezi L1 (viz scheacutema zapojeniacute

uacutelohy) dochaacuteziacute k simulaci faacutezoveacute nesymetrie siacutetě Motor je odpojen v okamžiku kdy poklesne

hodnota sdruženeacuteho napětiacute mezi faacutezemi L3 a L1 přibližně na hodnotu Us = 380V Velikost

odporu při vybaveniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii činiacute 101Ω Hodnotu nesymetrie zaznamenejte

do protokolu

OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE

Ztraacuteta faacuteze se realizuje pomociacute spiacutenače v pracovniacutem stole kdy odpojiacuteme napaacutejeciacute faacutezi Změřte

čas od odpojeniacute faacuteze L2 do vybaveniacute ochrany při ztraacutetě faacuteze a poznamenejte do protokolu

66 Demonstrace ochran při použitiacute dynamometru

OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU

K testu ochrany při zablokovaacuteniacute rotoru posloužiacute dynamometr jehož hřiacutedel je spojenaacute se hřiacutedeliacute

asynchronniacuteho motoru pomociacute spojky Hřiacutedel dynamometru je poteacute mechanicky zablokovaacutena

Stiskem přiacuteslušneacuteho tlačiacutetka je proveden start motoru a sledovaacuten proud při odpojeniacute motoru od

siacutetě a čas odpojeniacute Proud při vybaveniacute ochrany při mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru dosaacutehl

hodnoty 1978A což odpoviacutedaacute 582In

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute ndash (High current protection)

Pro simulaci proudoveacuteho přetiacuteženiacute maacuteme nastavenou hodnotu odebiacuteraneacuteho proudu na 130 pro

odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě Snižovaacuteniacutem jmenovityacutech otaacuteček motoru pomociacute dynamometru

(bržděniacutem tzn n rarr 0) dochaacuteziacute k naacuterůstu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu I Odpojeniacute nastalo při

odebiacuteraneacutem proudu 447A Nastaveneacute hodnotě (13In ) naacuteležiacute proud 442A Tiacutem lze konstatovat

že vyacutesledek měřeniacute je srovnatelnyacute s hodnotami uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute

Stav proudoveacuteho podtiacuteženiacute nedostatečneacuteho proudoveacuteho zatiacuteženiacute použiacutevanyacute zejmeacutena u čerpadel

je simulovaacuten pomociacute dynamometru kdy je nastavenaacute hodnota poklesu aktuaacutelniacuteho proudu na

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 58

085In a čas odpojeniacute od siacutetě na 10s Po roztočeniacute a zatiacuteženiacute motoru na hodnotu jmenoviteacuteho

proudu jsou pomociacute dynamometru zvyšovaacuteny otaacutečky motoru n Tento proces maacute za naacutesledek

snižovaacuteniacute aktuaacutelniacuteho proteacutekaneacuteho proudu I kdy motor ztraacuteciacute zatiacuteženiacute Nastaveneacute hodnotě

podtiacuteženiacute odpoviacutedaacute aktuaacutelniacute proud 289A Při dosaženiacute teacuteto uacuterovně je spuštěn odpočet a motor za

10s odpojen

67 Vyhodnoceniacute a zaacutevěr

Vyacutesledkem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute technologiiacute pro diagnostiku

veličin při chodu trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru Při demonstračniacute simulaci ochran byly

dosaženy naacutesledujiacuteciacute vyacutesledky PTC ochrana vybavuje při hodnotě odporu 341kΩ Tato hodnota

odpoviacutedaacute teplotě ϑg = 136degC odečteneacute z grafu Vypočtenaacute teplota ϑ = 13626degC Vyacuterobce uvaacutediacute

zapůsobeniacute ochrany při hodnotě odporu v rozsahu 34-38kΩ Zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů L2 a

L3 proběhla okamžitaacute blokace spuštěniacute motoru Faacutezovaacute nesymetrie vybavila při poklesu napětiacute o

5 Ztraacutetou napaacutejeciacute faacuteze proběhlo odpojeniacute motoru v čase t = 15s Čas odpojeniacute odpoviacutedaacute třiacutedě

přetiacuteženiacute 5E kteraacute je nastavena

Při testu za použitiacute dynamometru bylo zjištěno že při zablokovaneacutem rotoru motoru zapůsobil

kontroleacuter při nastaveneacutem přetiacuteženiacute 3In Teacuteto hodnotě naacuteležiacute proud 102A Jelikož je nastavena

třiacuteda přetiacuteženiacute 5E ktereacute naacuteležiacute interval 15s a poteacute odpojeniacute motoru tak během tohoto okamžiku

vzrostla hodnota proudu na 1978A což odpoviacutedaacute 582In Při proudoveacutem přetiacuteženiacute odpoviacutedaly

vyacutesledky měřeniacute nastaveneacute hodnotě přetiacuteženiacute 13In Ve stavu proudoveacuteho podtiacuteženiacute zapůsobila

ochrana spraacutevně dle nastaveneacuteho poklesu proudu na 085In

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 13: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 13

todp Zpožděniacute odpojeniacute [s]

TOL Thermal Overload Protection

TTC Time To Cool [s]

TTT Time To Trip [s]

tvar Zpožděniacute varovaacuteniacute [s]

U1 Vstupniacute napětiacute [V]

UMC Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter

Un Jmenoviteacute napětiacute [V]

Xrsquor20 Reaktance zabržděneacuteho rotoru [Ω]

Xm Reaktance magnetickeacuteho obvodu [Ω]

Xr1 Reaktance statoroveacuteho vinutiacute [Ω]

Φ Magnetickyacute tok [Wb]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 14

UacuteVOD

Bakalaacuteřskaacute praacutece je založena na naacutevrhu a vyacuterobě demonstračniacuteho přiacutepravku pro motorovyacute

kontroleacuter UMC100-FBP Tento přiacutepravek posloužiacute pro laboratorniacute uacutelohu v předmětu Elektrickeacute

přiacutestroje a takeacute jako prezentačniacute aparaacutet UMC100-FBP a rozšiřovaciacutech modulů pro společnost

ABB sro Finaacutelniacute zařiacutezeniacute je realizovaacuteno pro chod ochranu a diagnostiku trojfaacutezoveacuteho

asynchronniacuteho motoru Praacutece je rozdělena do několika hlavniacutech čaacutestiacute Nejprve je přibliacuteženo

UMC100-FBP Tato čaacutest všeobecně sloužiacute pro seznaacutemeniacute se s motorovyacutem kontroleacuterem jeho

zevnějškem a možnostmi Praacutece je daacutele rozšiacuteřena o přiacutedavneacute rozšiřovaciacute moduly ktereacute lze v praxi

použiacutet společně s UMC100-FBP Uvedeny jsou i informace o připojitelneacutem ovlaacutedaciacutem LCD

panelu UMC100-PAN Kapitola č3 přibliacutežiacute ochranneacute funkce nabiacutezeneacute kontroleacuterem V dalšiacute čaacutesti

je obsažen naacutevrh aparatury pro demonstraci UMC100 a jeho funkciacute podrobneacute scheacutema zapojeniacute

tohoto přiacutepravku a samotnou laboratorniacute uacutelohu na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter

UMC100

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 15

MOTOROVYacute KONTROLEacuteR 1

Efektivniacute využiacutevaacuteniacute energie v průmyslu je důležiteacute Z praxe bylo zjištěno že viacutece jak 40

elektrickeacute energie vyrobeneacute na zemi je spotřebovaacutevaacuteno praacutevě v průmyslovyacutech odvětviacutech a z toho

až 65 je spotřebovaacutevaacuteno elektrickyacutemi motory Jak již samotnyacute naacutezev napoviacutedaacute jednaacute se o

zařiacutezeniacute určeneacute předevšiacutem pro hliacutedaacuteniacute chodu asynchronniacuteho motoru Hlavniacute funkciacute motoroveacuteho

kontroleacuteru je diagnostika veličin se kteryacutemi motor pracuje Vyacutesledkem operace byacutevaacute sled

informaciacute ktereacute jsou předaacutevaacuteny obsluze nebo dispečinku Data o zkoumaneacutem motoru je možneacute

ziacuteskat buď formou integrovaneacuteho popř připojitelneacuteho zobrazovaciacuteho prvku nebo

prostřednictviacutem konektoru kteryacute komunikuje pomociacute datoveacute sběrnice s počiacutetačem V obou

přiacutepadech jsou obsluze poskytovaacutena rozsaacutehlaacute provozniacute servisniacute a diagnostickaacute data motoru

Takto ziacuteskaneacute informace umožňujiacute obsluze odhalovat chyby omezit je nebo jim dokonce

v budoucnu zabraacutenit a tiacutem i předejiacutet možneacutemu poškozeniacute motoru resp neplaacutenovaneacutemu vyacutepadku

vyacuteroby[13]

11 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP

Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP (daacutele jen UMC100) společnosti ABB sro je

zařiacutezeniacute použiacutevaneacute pro řiacutezeniacute ochranu a sledovaacuteniacute chodu trojfaacutezovyacutech asynchronniacutech motorů

UMC100-FBP je naacutestupcem staršiacuteho modelu řiacutediacuteciacute jednotky UMC22-FBP kteraacute se ve světě

využiacutevaacute v mnoha projektech Nejčastějšiacute průmyslovaacute odvětviacute použiacutevajiacuteciacute UMC22 i UMC100 jsou

např

rafinerie

technickeacute vybaveniacute elektraacuteren

těžba nerostnyacutech surovin

chemickyacute průmysl

papiacuterny

ocelaacuterny

potravinaacuteřstviacute a vyacuteroba naacutepojů

Jako naacutestupce staršiacuteho typu kontroleacuteru se použiacutevaacute již zmiacuteněnaacute UMC100 kteraacute od ochrany a

řiacutezeniacute motoru nabiacuteziacute i detekci vyacutepadku napaacutejeciacute faacuteze motoru nastavitelnou ochranu během

rozběhu nebo normaacutelniacutem provozu a mnoho dalšiacutech funkciacute ktereacute budou daacutele zmiacuteněny Použitiacute

UMC100 je diacuteky sveacute velikosti programovatelnosti a integrovaneacutemu měřiacuteciacutemu systeacutemu vhodneacute

pro modernizaci zastaralyacutech rozvaacuteděčů v již zaběhlyacutech provozech

Oficiaacutelniacute naacutezev kontroleacuteru obsahuje přiacuteponu FBP UMC100 je vybaven komunikačniacutem

rozhraniacutem pro připojeniacute do různyacutech průmyslovyacutech sběrnic siacutetiacute jako je PROFIBUS DP

DeviceNet MODBUS a CANopen To vše pomociacute skupiny produktů FieldBusPlug UMC100 je

takeacute ovšem možneacute použiacutet jako samostatneacute zařiacutezeniacute bez připojeniacute řiacutediacuteciacute sběrnice Změřeneacute

veličiny při chodu motoru (napětiacute proudhellip) jsou zpracovaacutevaacuteny v řiacutediciacutem systeacutemu samotneacuteho

kontroleacuteru kde jsou okamžitě vyhodnocovaacuteny Tato schopnost pomaacutehaacute k rychleacute detekci poruchy

a k zajištěniacute dopadů na ostatniacute zařiacutezeniacute v diagnostikovaneacute soustavě Daacutele napomaacutehaacute k řešeniacute

vhodnyacutech opatřeniacute pro přiacutepad dalšiacutech negativniacutech jevů a přiacutepadnyacutech vaacutežnyacutech poruch

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 16

12 Instalace

Samotnyacute koncept uzpůsobenyacute pro tyto aplikace naacutem zapřiacutečiňuje zkraacuteceniacute uacutesiliacute a naacutemahy při

zdlouhaveacutem vodičoveacutem propojeniacute v rozvaacuteděči jelikož veškereacute požadovaneacute ochranneacute

monitorovaciacute a řiacutediacuteciacute funkce jsou integrovaacuteny do jedineacuteho modulaacuterniacuteho zařiacutezeniacute UMC100 je

možneacute diacuteky kompaktniacutemu provedeniacute veškeryacutech jeho komponent jednoduše umiacutestit do stiacutesněnyacutech

prostor vyacutesuvnyacutech rozvaacuteděčů nebo do již použiacutevanyacutech staršiacutech zařiacutezeniacute Jednaacute se o zařiacutezeniacute a

provozy kteraacute prochaacuteziacute modernizaciacute a vyžadujiacute použitiacute noveacute technologie provozu a obohaceniacute o

noveacute způsoby řiacutezeniacute a ochran motorů od zastaralyacutech a vysloužilyacutech elektromagnetickyacutech releacute

Moderniacute motoroveacute kontroleacutery se ovšem nepoužiacutevajiacute pouze pro renovace a modernizace staršiacutech

provozů ale je samozřejmostiacute že noveacute společnosti s vysokyacutem počtem až tisiacutecem motorů saacutehnou

po technologicky vyspěleacutem ochranneacutem a monitorovaciacutem zařiacutezeniacute pro trojfaacutezoveacute asynchronniacute

motory

Montaacutež zařiacutezeniacute do rozvaacuteděče je velice jednoduchaacute Postačiacute pouze všeobecně použiacutevanaacute DIN

lišta (EN50022-35) na kterou se kontroleacuter zasadiacute nebo je možneacute upevněniacute 4 šrouby M4

Demonstrativniacute zasazeniacute na DIN lištu je předvedeno na Obr 11

Obr 11 Instalace UMC100-FBP na DIN lištu[1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 17

TECHNICKEacute VYBAVENIacute UMC100-FBP 2

21 Kompaktniacute zaacutekladniacute jednotka

Zaacutekladniacute jednotka kontroleacuteru obsahuje nejdůležitějšiacute čaacutesti jako je integrovanyacute měřiciacute systeacutem

a 2 seacuterie svorek Tyto svorky tvořiacute vstupy a vyacutestupy kontroleacuteru Jsou tvořeny 6 digitaacutelniacutemi vstupy

24V DC (spodniacute svorky) 1 integrovanyacute vstupem pro připojeniacute PTC termistoru a 4 vyacutestupy (horniacute

svorky) Tyto vyacutestupy tvořiacute 3 vyacutestupniacute releacute a 1 digitaacutelniacute tranzistorovyacute vyacutestup UMC100 takeacute

disponuje třemi LED pro signalizaci stavu technickeacuteho vybaveniacute Umožňuje tedy provoz bez

použitiacute sběrnicoveacuteho systeacutemu a daacutelkoveacute přiřazeniacute parametrů přes řiacutediciacute systeacutem Na Obr 21 je

patrneacute použitiacute konektoru M12

[2]

Obr 21 Vnějšiacute popis UMC100-FBP a s připojenyacutem UMC100-PAN

1 upevňovaciacute očka pro montaacutež 4 šrouby M4 Očka je možneacute odlomit pokud bude zařiacutezeniacute

připevněno na DIN lištu

2 konektory pro připojeniacute odporoveacuteho PTC sniacutemače

3 připojovaciacute svorky pro komunikaci s IO moduly

4 zaacutestrčka M12 pro připojeniacute konektoru FieldBusPlug

5 3 stavoveacute LED kontrolky

zelenaacute ndash motor připraven

žlutaacute ndash motor je v provozu

červenaacute ndash přetiacuteženiacute nebo porucha motoru (hlaacutešeniacute chyby)

6 připojovaciacute svorky pro releacuteoveacute vyacutestupy

(šrouby nepoužiacutevanyacutech svorek musiacute byacutet dotaženy pro zajištěniacute ochrany proti naacutehodneacutemu

vyšroubovaacuteniacute a naacutesledneacutemu kontaktu)

7 konektor pro připojeniacute ovlaacutedaciacuteho LCD panelu Control Panel UMC100-PAN

8 prvniacute dvě svorky sloužiacute pro napaacutejeciacute napětiacute 24V DC 24VDC vyacutestup a DI0 až DI0 jsou

připojovaciacute svorky pro digitaacutelniacute vyacutestupy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 18

9 znaacutezorněnaacute draacuteha proudu pro napaacutejeniacute motoru vodiči o průměru až 11mm což odpoviacutedaacute

průřezu vodiče až 25mm2

211 Stavebniacute bloky

Naacutesledujiacuteciacute scheacutema demonstruje hlavniacute funkčniacute bloky UMC100 a tok dat mezi nimi Obr 22

Hlavniacute blok (Protection) obsahuje prvky souvisejiacuteciacute s ochrannyacutemi prvky Motorovaacute ochrana maacute

vždy vyššiacute prioritu než spiacutenaacuteniacute releacuteovyacutech vyacutestupů Ochrana působiacute přiacutemo na vyacutestup releacute a může

motor zastavit Pokud selže některaacute čaacutest HW zařiacutezeniacute kontrola Hardware Supervision otevře

releacuteoveacute vyacutestupy z bezpečnostniacutech důvodů automaticky Hardware Supervision neniacute možneacute

vyřadit

Měřeniacute proudu poskytuje informace o aktuaacutelniacutem proteacutekajiacuteciacutem proudu motorem kdy zařiacutezeniacute

měřiacute proud v jednotlivyacutech faacuteziacutech a vypočte středniacute hodnotu Naacutestupce původniacuteho kontroleacuteru

UMC22 použiacutevaacute aktuaacutelniacute informace o proudu a takeacute počiacutetaacute odpoviacutedajiacuteciacute teplotu motoru pomociacute

tepelneacuteho modelu Na určiteacute definovaneacute uacuterovni skutečneacute nebo vypočiacutetaneacute teploty dojde k vypnutiacute

motoru z důvodu přetiacuteženiacute

PTC input - tento vstup sloužiacute pro připojeniacute PTC termistoru pro měřeniacute skutečneacute teploty

vinutiacute motoru

Blok (Motor control) obsahuje množstviacute řiacutediacuteciacutech funkciacute Veškereacute přiacutechoziacute přiacutekazy z hlavniacuteho

panelu z digitaacutelniacutech vstupů nebo z FBP rozhraniacute jsou seřazeny a podle nastaveniacute uživatele jsou

poteacute zpracovaacutevaacuteny Blok Starter function řiacutediacute releacuteoveacute vyacutestupy Všechny bloky pracujiacute v logickeacutem

sledu Obvykle majiacute předem definovaneacute aplikace ktereacute budou provaacutedět UMC100 ovšem nabiacuteziacute i

vytvaacuteřeniacute vlastniacutech aplikaciacute [1]

Obr 22 Zaacutekladniacute blokoveacute scheacutema UMC100-FBP a tok dat mezi hlavniacutemi čaacutestmi zařiacutezeniacute [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 19

22 Ovlaacutedaciacute panel UMC100-PAN

UMC100-PAN je LCD panel kteryacutem lze rozšiacuteřit UMC100 o zobrazovaciacute prvek Tento prvek

připojiacuteme na UMC (Obr 21 7 -Konektor pro připojeniacute ovlaacutedaciacuteho LCD panelu Control Panel

UMC100-PAN) Zmiacuteněnyacute typ LCD je možneacute připojit pouze na UMC100 jelikož neniacute

kompatibilniacute se staršiacutem typem UMC22 LCD je předevšiacutem určen pro montaacutež na čelniacutem panelu

nebo na rozvaděči Ovlaacutedaciacute panel sloužiacute k lokaacutelniacutemu zobrazeniacute všech dat Poruchy (errors) a

vyacutestrahy jsou zobrazovaacuteny v nezakoacutedovaneacute podobě Externiacute zaacutevada může byacutet doplněna

individuaacutelniacutem textem např Phase loss Veškereacute parametry je možneacute nastavovat měnit a dle

potřeby chraacutenit přiacutestupovyacutem heslem

Panel sloužiacute pro zobrazeniacute veškeryacutech uacutedajů o obvodu jako např

proud prochaacutezejiacuteciacute motorem (možneacute absolutniacute zobrazeniacute v A nebo relativniacute v )

napětiacute na jednotlivyacutech faacuteziacutech L1-L3 (při použitiacute VI150(5))

aktuaacutelniacute uacutedaje o sepnutyacutech vstupech a vyacutestupech

způsob zapojeniacute motoru-přiacutemyacute chod reverzniacute chodhellip

Při vyacuteskytu přetiacuteženiacute dojde k vybaveniacute ochrany Na LCD je možneacute sledovat časovyacute odpočet

kteryacute zbyacutevaacute do dalšiacuteho možneacuteho uvedeniacute motoru do chodu po vychladnutiacute Po uplynutiacute tohoto

časoveacuteho uacuteseku může byacutet motor opět spuštěn [1]

Obr 23 Popis UMC100-PAN

1 3 stavoveacute LED

zelenaacute ndash zařiacutezeniacute připraveno

žlutaacute ndash zařiacutezeniacute v chodu

červenaacute ndash hlaacutešeniacute poruchy

2 podsviacutecenyacute LCD display

3 vstup do menu ovlaacutedaacuteniacute (Enter Control Menu)

4 vstup do menu nastaveniacute (Enter Configuration Menu)

5 posun nahoru

6 stop motoru

7 posun dolů

8 start motoru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 20

23 Napěťovyacute a rozšiřovaciacute modul

Napěťovyacute VI15x a rozšiřovaciacute (vstupně vyacutestupniacute) modul DX1xx sloužiacute pro možneacute rozšiacuteřeniacute

UMC o dalšiacute vstupy a vyacutestupy v přiacutepadě modulu DX a o měřeniacute napětiacute pomociacute modulu VI

231 Nastaveniacute komunikace

Při použitiacute rozšiřovaciacutech modulů je nejprve nutno pomociacute UMC100-PAN nastavit jejich

připojeniacute Nastaveniacute a uvedeniacute do chodu je provedeno naacutesledujiacuteciacutem způsobem

V hlavniacutem menu (ovlaacutedaacuteniacute pomociacute LCD) vybereme položku IO modules a volbu potvrdiacuteme

přiacuteslušnyacutem tlačiacutetkem Tlačiacutetky Nahoru nebo Dolů vybereme požadovanyacute modul kteryacute chceme

propojit s kontroleacuterem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on [1]

Nastaveniacutem na bdquoonldquo uvedeme moduly do provozu Funkce napěťoveacuteho modulu (VI15x) je

ověřitelnaacute jednoduchyacutem způsobem Pokud nejsou připojeny napaacutejeciacute faacuteze na svorky L1L2 a L3

modulu zařiacutezeniacute hlaacutesiacute chybu z důvodu ochrany při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze [4] [5]

232 VI15x- FBP

VI15x je přiacutedavnyacute napěťovyacute modul sloužiacuteciacute pro měřeniacute sdruženeacuteho popř faacutezoveacuteho napětiacute

motoru Z hodnot proudu měřenyacutech UMC a napětiacute pomociacute VI15x je možno vyhodnotit faacutezovyacute

posuv mezi napětiacutem a proudem Naměřeneacute hodnoty putujiacute skrze komunikačniacute kanaacutel směrem k

UMC100 K propojeniacute s UMC100 sloužiacute piny s označeniacutem Ca a Cb Daacutele modul obsahuje svorky

pro připojeniacute jednotlivyacutech faacutezovyacutech vodičů L1L2 a L3 Pro spraacutevnyacute sled faacuteziacute a jeho detekci musiacute

byacutet dodrženo spraacutevneacute zapojeniacute vzhledem k proudům měřenyacutem v UMC VI150 sloužiacute pro

připojeniacute pouze do uzemněneacute soustavy ( TN-C nebo TN-S) Modul VI155 lze naopak použiacutet jak

pro uzemněneacute soustavy (TN) tak i pro neuzemněneacute (IT) Oba typy sloužiacute k upevněniacute na DIN

lištu [1] [3]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 21

2321 Vnitřniacute struktura VI150-FBP

Obraacutezek přibližuje vnitřniacute strukturu použiteacuteho napěťoveacuteho modulu VI150

Obr 24 Struktura napěťoveacuteho modulu VI150 [3]

Obr 25 Vnějšiacute popis modulu VI150 pro UMC100-FBP

1 konektory pro komunikaci s UMC100 a pro komunikaci s rozšiřovaciacutemi moduly DX111-

FBP a DX122-FBP

2 napěťoveacute vstupy

3 releacuteovyacute vyacutestup

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 22

4 svorky pro připojeniacute napaacutejeciacuteho napětiacute 24VDC

5 3 stavoveacute LED

zelenaacute - zařiacutezeniacute připraveno

žlutaacute - varovaacuteniacute

červenaacute - porucha zařiacutezeniacute

6 popisovyacute štiacutetek

233 DX111-FBP

Modulaacuterniacute zařiacutezeniacute umožňujiacuteciacute rozšiacuteřeniacute UMC100 o dalšiacute pomocneacute vstupy a vyacutestupy

použitelneacute pro různaacute hlaacutešeniacute a vyacutestrahy Digitaacutelniacute vstupy jsou potenciaacuteloveacute s napětiacutem 24V DC

Proto je nutneacute pro ovlaacutedaciacute obvody dodržet napětiacute 24V DC nebo bezpotenciaacuteloveacute kontakty (tj

releacute) připojeneacute ze svorky +24V

Rozšiřovaciacute modul DX111-FBP nabiacuteziacute množstviacute vstupů a vyacutestupů uvedenyacutech v (Tab 21)

Vstupy 8 digitaacutelniacutech vstupů 24V DC

Vyacutestupy 4 releacuteoveacute vyacutestupy

1 analogovyacute vyacutestup

Vstupniacute napětiacute 24V DC

Vstupniacute proud 60 mA

Logickaacute 0 -312hellip+5V DC

helliphelliphelliphellipcv1 +15hellip+312V DC

Tab 21 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX111-FBP [1]

234 DX122-FBP

Multifunkčniacute modul DX122-FBP maacute srovnatelneacute vlastnosti jako předešlaacute DX111 ovšem

rozdiacutel je v tom že DX122 nabiacuteziacute osm digitaacutelniacutech vstupů pro napětiacute 110V až 230V AC

Vstupy 8 digitaacutelniacutech vstupů 110-230V AC

Vyacutestupy 4 releacuteoveacute vyacutestupy

1 analogovyacute vyacutestup

Vstupniacute napětiacute 110V AChellip 240V AC

Vstupniacute proud 60 mA

Logickaacute 0 0hellip 40V AC

helliphelliphelliphelliphellip 1 74hellip 265V AC

Tab 22 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX122-FBP [1]

Pomocnyacute rozšiřovaciacute modul se k UMC100 připojiacute na svorky Ca a Cb patrneacute na (Obr 21)

Připojeniacute lze proveacutest prostou kroucenou dvoulinkou Vzhledem k omezenyacutem prostoraacutem

rozvaacuteděčů kam je UMC100 instalovaacuteno je možneacute připojit rozšiřovaciacute modul odděleně od

kontroleacuteru a to až do vzdaacutelenosti maximaacutelniacute deacutelky 3m [1] [5]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 23

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezek (Obr 26) opět popisuje svorky a monitorovaciacute prvky DX122

Obr 26 Vnějšiacute popis IO modulu DX122-FBP pro UMC100-FBP

1 releacuteoveacute vyacutestupy (čaacutest 1)

2 releacuteoveacute vyacutestupy (čaacutest 2)

3 analogovyacute vyacutestup

4 komunikačniacute port s UMC

5 popisovyacute štiacutetek

6 digitaacutelniacute vstupy (110V AC- 230V AC)

7 3 stavoveacute LED

zelenaacute ndash zařiacutezeniacute v provozu

žlutaacute ndash vyacutestraha

červenaacute ndash porucha modulu

8 svorky pro napaacutejeniacute 24 V DC

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 24

24 Proudovyacute měřiacuteciacute transformaacutetor

Proudoveacute měřiacuteciacute transformaacutetory sloužiacute pro měřeniacute většiacutech hodnot střiacutedavyacutech proudů než je

dovoleno měřiacuteciacutem přiacutestrojem a takeacute ke galvanickeacutemu odděleniacute vedeniacute od měřiacuteciacuteho přiacutestroje

Funkce je založena na principu elektromagnetickeacute indukce Primaacuterniacute vinutiacute je tvořeno silovyacutem

vodičem měřeneacuteho vedeniacute Průchodem proudu primaacuterniacutem vedeniacutem se v magnetickeacutem obvodu

(jaacutedru) vytvaacuteřiacute magnetickyacute tok Φ a na zaacutekladě Faradayova zaacutekona elektromagnetickeacute indukce se

v sekundaacuterniacutem vinutiacute indukuje napětiacute Na sekundaacuterniacute vinutiacute je připojena měřiacuteciacute soustava

Obr 27 Magnetizačniacute charakteristika feromagnetickeacuteho materiaacutelu

Z průběhu magnetizačniacute charakteristiky feromagnetickeacuteho materiaacutelu (zaacutevislosti magnetickeacute

indukce na intenzitě magnetickeacuteho pole ) je patrnyacute stav kdy dojde k nasyceniacute magnetickeacuteho

obvodu transformaacutetoru Při nasyceniacute dochaacuteziacute ke změně vlastnostiacute feromagnetickeacuteho materiaacutelu

a křivka se od lineaacuterniacuteho průběhu odklaacuteniacute (tzv koleno magnetizačniacute křivky)

Obr 28 Měřiacuteciacute transformaacutetor proudu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 25

241 Externiacute proudovyacute transformaacutetor CTs

Externiacute přiacutestrojovyacute transformaacutetor proudu (daacutele jen PTP) se použiacutevaacute v přiacutepadě je-li jmenovityacute

proud motoru vyššiacute než 63A tzn sloužiacute k přizpůsobeniacute proudoveacuteho rozsahu na hodnotu kterou

je schopno UMC změřit UMC100 je schopneacute pracovat pomociacute sveacuteho vnitřniacuteho transformaacutetoru

proudu s proudem 024A až 63A Použitiacutem externiacuteho proudoveacuteho transformaacutetoru je možneacute měřit

až do hodnoty 850A PTP k UMC100 majiacute převod 1854 3104 5004 a 8504 Sekundaacuterniacutemu

vinutiacute odpoviacutedajiacute 4A což uvaacutediacute popis jednotlivyacutech typů proudovyacutech transformaacutetorů uvedenyacutech v

Tab 23 (čiacuteslo uvedeneacute za lomiacutetkem) např CTxLxxxR4 PTP maacute definovanou třiacutedu přesnosti

3 v celeacutem rozsahu měřeneacuteho proudu K nasyceniacute magnetickeacuteho obvodu transformaacutetoru dochaacuteziacute

přibližně při osminaacutesobku jmenoviteacuteho proudu In Transformaacutetor je navržen s třiacutedou přesnosti

5P10 to znamenaacute že je deklarovaacutena průměrnaacute chyba menšiacute než 5 při 10 naacutesobku jmenoviteacute

hodnoty proudu

Typ Rozsah měřeneacuteho proudu

[A] Max proud CT

[A]

CT4L185R4 60 až 185 1480

CT4L310R4 180 až 310 2480

CT5L500R4 300 až 500 4000

CT5L850R4 500 až 850 6800

Tab 23 Typy externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů s měřenyacutem rozsahem proudu [1]

Přiacuteklad zvoleniacute přiacuteslušneacuteho proudoveacuteho transformaacutetoru

Maacuteme-li asynchronniacute motor se jmenovityacutem proudem napřiacuteklad In =190 A a rozběhovyacutem proudem

pak

(241)

Podle jmenoviteacuteho proudu motoru In ležiacuteciacuteho v rozsahu měřeneacuteho proudu přiacuteslušneacuteho CT

určiacuteme typ CT Nachaacuteziacute-li se jmenovityacute proud na mezi některeacuteho z měřenyacutech rozsahů CT voliacute se

takovyacute transformaacutetor kteryacute maacute většiacute hodnotu maximaacutelniacuteho proudu než vyacuteslednyacute proud

vypočtenyacute Pro přiacutepad kdy In = 190 A je zvolenyacute typ CT4L310R4 Maximaacutelniacute proud Imax splňuje

požadavek kdy Imax lt max proud CT [1]

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezky představujiacute konstrukce externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 26

Obr 29 Konstrukce CT4L185R4 a CT4L310R4 [3]

Obr 210 Konstrukce CT5L500R4 a CT5L850R4 [3]

Zapojeniacute svorkovnice proudoveacuteho transformaacutetoru CTxLxxxR4 a propojeniacute s integrovanyacutem

proudovyacutem transformaacutetorem UMC100 Na Obr 211 je takeacute ukaacutezka zapojeniacute měřiacuteciacuteho modulu

VI150 na přiacutevodniacutech faacuteziacutech motoru a dodrženyacutem spraacutevnyacutem sledem faacutezovyacutech vodičů

Obr 211 UMC100-FBP s CT a VI150 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 27

Obecně platiacute že vyacutevody sekundaacuterniacuteho vinutiacute měřiacuteciacuteho transformaacutetoru proudu jsou buď

zapojeny na zaacutetěž nebo jsou propojeny do zkratu a jeden z vyacutevodů je uzemněn Princip je patrnyacute

z Obr 212 V praxi dochaacuteziacute k několika chybaacutem způsobenyacutech neznalostiacute problematiky Jednou

může byacutet neuzemněniacute jedneacute ze svorek sekundaacuterniacuteho vinutiacute Pak vznikaacute kapacitniacute vazba a

sekundaacuterniacute vinutiacute v nepřiacutezniveacutem přiacutepadě může vysokyacutem napětiacutem termionicky působit - jiskřit na

kostru Při delšiacutem trvaacuteniacute jiskřiveacuteho vyacuteboje v jednom miacutestě se mohou vytvořit vodiveacute cesty a dojiacutet

k průrazu izolace vodiče k nežaacutedouciacutemu potenciaacutelu [8]

Obr 212 Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů proudu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 28

25 Monitorovaciacute zařiacutezeniacute zemniacuteho spojeniacute CEM11-FBP

Monitorovaciacute zařiacutezeniacute CEM11 sloužiacute pro sledovaacuteniacute svodovyacutech proudů respektive zemniacutech

poruch způsobenyacutech nejčastěji poškozenou izolaciacute Detekovaacuteniacute takoveacuteto zemniacute poruchy vede

k odpojeniacute motoru aby nedošlo k jeho většiacutemu poškozeniacute nebo vede k upozorněniacute obsluhy

Možneacute použitiacute je jak v siacutetiacutech uzemněnyacutech tak i neuzemněnyacutech

Průvlečneacute oko je tvořeno toroidniacutem transformaacutetorem kteryacutem jsou vedeny všechny 3 faacutezoveacute

vodiče motoru Zařiacutezeniacute hliacutedaacute to aby součet faacutezorů proudů byl nulovyacute Jakmile dojde k zemniacutemu

spojeniacute tzn součet faacutezorů proudů je nenulovyacute integrovanaacute elektronika CEM11 sepne nebo

rozepne vyacutestup Vyacutestup z CEM11 pracuje jako kontakt kteryacute detekovanou hodnotou proudu

sepne nebo rozepne 24V DC jenž poteacute může byacutet připojeno jako např digitaacutelniacute vstup do UMC

Nastaveniacute zpožděniacute sepnutiacute varovaacuteniacute nebo odpojeniacute lze zvolit v UMC a to v rozsahu od 01s ndash

255s Nastaveniacute citlivosti spiacutenaacuteniacute je možneacute v několika krociacutech Poloha přepiacutenače (0-7) s toleranciacute

na pozici 0 cca plusmn30 a daacutele vždy s toleranciacute cca plusmn10

CEM11 je možneacute uložit spolu s ostatniacutemi komponenty na DIN lištu normovaneacuteho rozměru

35mm nebo pomociacute přiacutedavneacuteho klipu pro nejmenšiacute rozměr CEM11-FBP20 [1]

Průměr průvlečneacuteho

oka [mm]

Proudovyacute rozsah

[mA]

20 80 - 1700

35 100 - 3400

60 120 - 6800

120 240 - 13600

Tab 24 Rozměry vyraacuteběnyacutech CEM11-FBPs udaacutevanyacutemi hodnotami svodovyacutech proudů

Obr 213 Zapojeniacute CEM11-FBP do obvodu [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 29

26 Napaacutejeciacute zdroj

Pro napaacutejeniacute modulů UMC100 DX122 a VI150 sloužiacute zdroj typu CP-D 2413 Jednaacute se o

napaacutejeciacute zdroj kteryacute na sveacutem vyacutestupu dovoluje regulaci napětiacute 24-28V DC s toleranciacute plusmn 1

Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute je umožněna z důvodu připojeniacute modulů na dlouheacute vedeniacute kde

vznikajiacute uacutebytky napětiacute praacutevě vlivem deacutelky vedeniacute Zpravidla klesne-li na vedeniacute napětiacute od

jednoho zdroje na ktereacutem je nastaveno maximaacutelniacute vyacutestupniacute napětiacute pod minimaacutelniacute hodnotu

potřebnou pro napaacutejeniacute modulu je nutneacute použiacutet dalšiacute napaacutejeciacute zdroj Maximaacutelniacute proud zdroje je

Imax = 13A a jmenovityacute vyacutestupniacute vyacutekon 30W Tento typ zdroje je diacuteky svyacutem modulaacuterniacutem

rozměrům možneacute umiacutestit na DIN lištu (EN50022-35) [6]

Naacutesledujiacuteciacute zatěžovaciacute charakteristika znaacutezorňuje zaacutevislost svorkoveacuteho napětiacute zdroje na

odebiacuteraneacutem proudu pro teplotu T=25degC

Obr 214 Zatěžovaciacute charakteristika zdroje CP-D 2413[6]

Obr 215 Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 30

27 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

Tento modul poskytuje komunikaci pro FieldBusPlug zařiacutezeniacute jako je např UMC100

s počiacutetačem prostřednictviacutem siacutetě Ethernet K MTQ22 lze připojit až 4 zařiacutezeniacute pro uacutesporu

naacutekladů Naacutesledujiacuteciacute popis je vztažen k Obr 216 kde jsou znaacutezorněny jednotliveacute čaacutesti modulu

1 konektory s označeniacutem X1 až X4 sloužiacute pro připojeniacute až 4 zařiacutezeniacute FBP

2 LED diody pro signalizaci aktuaacutelniacuteho stavu komunikace

3 micro USB konektor s označeniacutem X5 pro připojeniacute a konfiguraci pomociacute PC

4 dvě RJ45 zaacutesuvky s označeniacutem E1 a E2 pro připojeniacute pomociacute Ethernetoveacuteho kabelu

5 konektor pro připojeniacute 24V DC napaacutejeciacuteho napětiacute nese označeniacute X6

Obr 216 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 31

OCHRANNEacute FUNKCE 3Kontroleacuter nabiacuteziacute velkeacute množstviacute ochrannyacutech funkciacute potřebnyacutech pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacuteho chodu

motoru Některeacute funkce jsou aktivniacute pouze po čaacutest běhu motoru typicky při startu motoru jineacute

po jeho rozběhu Naacutesledujiacuteciacute tabulka (Tab 31) nastiacuteniacute přehled nejdůležitějšiacutech ochran motoru a

čas kdy jsou aktivovaacuteny

Ochrannaacute funkce Aktivniacute

Při tepelneacutem přetiacuteženiacute Vždy

Při zablokovaneacutem rotoru Při startu motoru

Při proudoveacutem přetiacuteženiacute Po startu

Při proudoveacutem podtiacuteženiacute Po startu

Sled faacuteziacute Vždy

Při faacutezoveacute nesymetrii Vždy

Při ztraacutetě faacuteze Vždy

PTC ochrana Vždy

Při zemniacutem spojeniacute Vždy po spuštěniacute

Při napěťovyacutech špičkaacutech Vždy

Při harmonickeacutem zkresleniacute Vždy

Tab 31 Ochranneacute funkce [1]

Nastaveniacute parametrů jednotlivyacutech ochran probiacutehaacute pomociacute UMC100-PAN

31 Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute

UMC100 disponuje nastavitelnyacutem vypiacutenaacuteniacutem při tepelneacutem přetiacuteženiacute podle třiacuted 5E 10E 20E

30E a 40E viz Obr 31 Tyto třiacutedy uvaacutedějiacute poměr mezi aktuaacutelniacutem prochaacutezejiacuteciacutem proudem

motorem I a jmenovityacutem proudem motoru In uvedenyacutem na štiacutetku v zaacutevislosti na maximaacutelniacute době

rozběhu t

Třiacuteda 5E 10E 20E 30E 40E

t [s] 15 3 6 3 12

Tab 32 Třiacutedy přetiacuteženiacute a čas odpojeniacute

Lze hovořit o dvou typech rozběhu motoru

1 normaacutelniacute rozběh - do 10s

2 těžkyacute rozběh - viacutece jak 10s

Při rozběhu zatiacuteženeacuteho motoru se otaacutečky zvyšujiacute z nuloveacute hodnoty na jmenovitou přičemž

dochaacuteziacute k naacuterůstu proudu až na několikanaacutesobek jeho jmenoviteacute hodnoty Zpravidla u většiacutech

motorů byacutevaacute naacuterůst až 10In tudiacutež v tento bdquokritickyacuteldquo okamžik nesmiacute vybavit ochrana na tepelneacute

přetiacuteženiacute Rozběh motoru pro UMC končiacute při poklesu proudu I na hodnotu 135 proudu

jmenoviteacuteho In nebo při dosaženiacute jmenovityacutech otaacuteček nn Udaacutevaneacute časy představuje Tab 32

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 32

311 Určeniacute teploty vinutiacute a vypiacutenaciacute třiacutedy

Podle způsobu určeniacute teploty vinutiacute motoru se ochrany rozlišujiacute na proudově nezaacutevisleacute a

proudově zaacutevisleacute

Proudově nezaacutevisleacute ochrany měřiacute přiacutemo teplotu ve vinutiacute motoru pomociacute vhodneacuteho čidla

teploty zpravidla termistoru Tiacutemto způsobem lze zjistit nedovoleneacute otepleniacute způsobeneacute např

poruchou cirkulace vzduchu kterou proudově zaacutevislaacute ochrana neniacute schopna vyhodnotit

Proudově zaacutevisleacute ochrany vyhodnocujiacute teplotu vinutiacute motoru nepřiacutemo a to prostřednictviacutem

vyacutepočtoveacuteho modelu z provozniacuteho proudu motoru Zvyacutešeniacute provozniacuteho proudu motoru maacute za

naacutesledek otepleniacute ktereacute vede trvaacute-li delšiacute dobu k poškozeniacute nebo zničeniacute motoru Ochrana při

tepelneacutem přetiacuteženiacute ndash TOL chraacuteniacute motor před přehřaacutetiacutem Tepelnyacute model je vypočiacutetaacutevaacuten za chodu i

v klidu motoru a z těchto stavů se pak zjistiacute tepelnaacute kapacita Znalost teacuteto hodnoty vede

k maximalizaci produktivity Funkčnost tepleneacuteho modelu je v souladu s normou

Při použitiacute motoru pro cyklickeacute operace dochaacuteziacute ke schodoviteacutemu zvyšovaacuteniacute teploty motoru Je

zapotřebiacute volit spraacutevnyacute čas intervalu mezi cykly aby nedochaacutezelo k přehřaacutetiacute a zbytečneacutemu

poškozeniacute izolace vinutiacute motoru

Funkce Thermal load (tzv tepelnaacute zaacutetěž) hliacutedaacute poměr aktuaacutelniacuteho prochaacutezejiacuteciacuteho proudu I a

jmenoviteacuteho proudu In motoru Jakmile poměr IIn přesaacutehne 100 začiacutenaacute odpočet TTT a motor

bude odpojen po uplynutiacute nastaveneacute periody Možnost opětovneacuteho spuštěniacute přetiacuteženeacuteho motoru

proběhne po jeho vychladnutiacute To je možneacute nastavit dvěma způsoby [1]

1 Ručně nastavenou periodou během ktereacute je motor blokovaacuten proti spuštěniacute

(ovlivňovaacuteno velikostiacute motoru teplotou prostřediacute kde je motor použit zda je vybaven

ventilaacutetorem či neniacute apod)

2 Nastaveniacutem procentuaacutelniacute hodnoty tepelneacute kapacity do ktereacute nebude moci obsluha

motor spustit (při nastaveniacute 50 nedojde k odblokovaacuteniacute ochrany pokud neklesne

tepelnaacute kapacita pod zadanou hodnotu)

Určeniacute vypiacutenaciacute třiacutedy je představeno na naacutesledujiacuteciacutem přiacutekladu

Maacuteme-li trojfaacutezovyacute asynchronniacute motor o vyacutekonu 22kW poměr IIn = 5 a maximaacutelniacute dobu

rozběhu to = 10s Z přiloženeacuteho grafu vypiacutenaciacutech třiacuted pro studenyacute motor určiacuteme požadovanou

třiacutedu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 33

Obr 31 Vypiacutenaciacute třiacutedy pro UMC100-FBP[1]

Z vyacutesledku je patrneacute že motor budeme vypiacutenat proti přetiacuteženiacute podle třiacutedy 5E jelikož křivka

pro 5E je pod maximaacutelniacute dobou rozběhu to = 10s Pokud by došlo ke zvoleniacute např třiacutedy 10E

hrozilo by poškozeniacute motoru jelikož by na motor působilo přetiacuteženiacute delšiacute dobu než je tomu

dovoleno [10]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 34

32 Ochrana při zablokovaneacutem rotoru

V okamžiku připojeniacute motoru na napaacutejeciacute siacuteť se rotor neotaacutečiacute (n = 0 s = 1) Motor je ve

stavu nakraacutetko a jeho proud je omezen pouze ohmickyacutemi odpory a rozptylovyacutemi reaktancemi

vinutiacute Zaacuteběrnyacute proud I1z dosahuje většinou 4 až 10 x většiacutech hodnot než proud jmenovityacute In

Určit velikost tohoto proudu je možneacute ze vztahu 321

radic

kde

U1 - Vstupniacute napětiacute

R1 - Odpor primaacuterniacuteho vinutiacute

Xr1 - Reaktance statoroveacuteho vinutiacute

Xrsquor20 - Reaktance zabrzděneacuteho rotoru

Rlsquo2s - Celkovyacute činnyacute odpor rotoru

RFe - Činnyacute odpor magnetickeacuteho obvodu

Xm - Reaktance magnetickeacuteho obvodu

I1z - Zaacuteběrnyacute proud

Obr 32 Obvodovyacute model asynchronniacuteho motoru pro jednu faacutezi statoroveacuteho vinutiacute ndash nakraacutetko

Velkyacute zatěžovaciacute moment Mz nebo mechanickaacute porucha může zapřiacutečinit zablokovaacuteniacute rotoru

Ochrannaacute funkce detekuje dlouhou počaacutetečniacute situaci kteraacute je praacutevě důsledkem zmiacuteněnyacutech přiacutečin

UMC100 tiacutemto odpojiacute motor od napaacutejeniacute čiacutemž ho ochraacuteniacute od nadměrneacuteho tepelneacuteho namaacutehaacuteniacute

V uživatelskeacutem prostřediacute je možneacute individuaacutelně nastavit jak maximaacutelniacute proud tak i čas po

ktereacutem dojde k odpojeniacute zablokovaneacuteho motoru Pro experimentaacutelniacute použitiacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy je nastavena hodnota poměru pro odpočet a naacutesledneacute odpojeniacute IIn na 300 [1] [9]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 35

33 Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute zabezpečiacute odpojeniacute motoru vyskytne-li se v obvodu většiacute

hodnota proudu než nastavenaacute jmenovitaacute In Bliacuteže tuto funkci představiacute přiloženyacute průběh Funkce

je aktivniacute až po roztočeniacute motoru v okamžiku rozběhu je neaktivniacute

Princip ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Do okamžiku T1 od zapnutiacute klesne zaacuteběrnyacute proud na hodnotu cca Ix = 135 In V časoveacutem

uacuteseku T1 až T2 dochaacuteziacute k naacuterůstu prochaacutezejiacuteciacuteho proudu motorem V okamžiku T2 překročiacute

proud hodnotu Ivar Tiacutemto okamžikem začne odpočet nastaveneacute doby zpožděniacute tvar kteraacute po

uplynutiacute sepne signalizaci varovaacuteniacute nadproudoveacuteho přetiacuteženiacute Odpočet doby tvar narůstaacute je-li

proud motorem I gt Ivar Jakmile proud I ge Iodp dochaacuteziacute k sepnutiacute čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute todp

Platiacute-li podmiacutenka I ge Iodp a dojde k načteniacute hodnoty todp UMC100 odpojiacute motor od napaacutejeniacute a tiacutem

zabraacuteniacute jeho poškozeniacute

Obr 33 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu přetiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash dosaženiacute vysokeacute proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash dosaženiacute hodnoty proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

34 Ochrana při proudoveacutem podtiacuteženiacute

Jakmile hodnota (činneacuteho) proudu klesne pod nastavenou uacuteroveň kteraacute je pro danyacute proces

typickaacute dojde v UMC100 k vybaveniacute ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a motor odpojiacute od

napaacutejeniacute Tato ochrana se předevšiacutem využiacutevaacute pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacute funkce čerpadla když detekuje

ztraacutetu jeho saacuteniacute či pro paacutesoveacute dopravniacuteky ve vyacuterobniacutech provozech Včasneacute varovaacuteniacute a odpojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 36

motoru snižuje zejmeacutena prostoje vyacuteroby Princip varovaacuteniacute a odpojeniacute je představen na

naacutesledujiacuteciacutem průběhu jak tomu bylo u ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Princip ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute zobrazeneacuteho průběhu

Po poklesu aktuaacutelniacuteho proudu v okamžiku T1 motor normaacutelně běžiacute V časoveacutem uacuteseku T1 až

T2 dochaacuteziacute k poklesu proudu pod jmenovitou hodnotu In až na nastavenou hodnotu Ivar Při

dosaženiacute teacuteto hodnoty začne odpočet varovaacuteniacute proudoveacuteho podtiacuteženiacute Nepřesaacutehne-li proud za

dobu kratšiacute než tvar mez Ivar (tzn nevzroste-li se zpět k In) dojde ke spuštěniacute signalizace

proudoveacuteho podtiacuteženiacute Při pokračujiacuteciacutem poklesu proudu jak je patrneacute v časoveacutem intervalu T2-T3

až na mez Iodp dojde k čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute Při překročeniacute nastaveneacute doby todp a za

podmiacutenky že proud I le Iodp UMC100 motor odpojiacute od napaacutejeciacute siacutetě

Obr 34 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash niacutezkaacute proudovaacute uacuteroveň kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash hodnota proudu kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

Popis funkce ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute blokoveacuteho scheacutematu

Signaacutel Istart představuje hodnotu proudu po startu motoru- log 1(tzn Signalizace motoru v

chodu) Tento signaacutel tvořiacute vstup logickeacuteho hradla AND (1) Funkci tohoto hradla znaacutezorňuje

přiloženaacute tabulka Tab 33 Druhyacute vstup signalizuje aktuaacutelniacute hodnotu proudu kteraacute motorem

proteacutekaacute Je-li proud IltIvar detekuje hradlo AND druhou logickou jedničku a hradlo vybaviacute podle

přiloženeacute tabulky Tento signaacutel z hradla aktivuje časovač zpožděniacute varovaacuteniacute Po uplynutiacute

nastaveneacuteho časoveacuteho uacuteseku signalizuje podtiacuteženiacute Dochaacuteziacute-li staacutele k poklesu proudu až do

uacuterovně kdy IltIodp pak na druheacutem logickeacutem hradle AND (2) budou na vstupu log 1 Sepne

čiacutetaacuteniacute zpožděniacute vypnutiacute a po uplynutiacute doby UMC motor vypne

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 37

Obr 35 Blokoveacute scheacutema ochrany proti proudoveacutemu podtiacuteženiacute [1]

Vstup Vyacutestup

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

Tab 33 Princip funkce logickeacuteho hradla AND

341 Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek

Při chodu asynchronniacuteho motoru odebiacuteraacute stroj ze siacutetě jalovyacute proud kteryacute je potřebnyacute pro

vytvořeniacute magnetizace hlavniacuteho magnetickeacuteho obvodu Tento tzv magnetizačniacute proud je

nezaacutevislyacute na zatiacuteženiacute stroje Uplatněniacute nalezne zejmeacutena při chodu napraacutezdno a maleacutem zatiacuteženiacute

kdy je uacutečiniacutek motoru niacutezkyacute Motor maacute tedy nejleacutepe pracovat při plneacutem zatiacuteženiacute[11]

Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek jsou důležiteacute parametry pro detekovaacuteniacute niacutezkeacute zaacutetěže nebo situace bez

zaacutetěže např uzavřenyacute ventil Pomociacute napěťoveacuteho modulu VI15x a UMC je měřeno sdruženeacute

(faacutezoveacute) napětiacute faacutezovyacute proud čili i faacutezovyacute posuv mezi proudem a napětiacutem - cos φ Pomociacute těchto

parametrů je UMC schopneacute analogicky spočiacutetat hodnotu činneacuteho přiacutekonu

radic

Poklesne-li poteacute činnyacute přiacutekon pod nastavenou procentuaacutelniacute hodnotu P (př 85 Pn) motor vypne

tj bude-li PPn le 085

Experimentaacutelniacutem měřeniacutem v raacutemci laboratorniacute uacutelohy byla pomociacute přiacutestroje Yokogawa WT1800

změřena zaacutevislost uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute motoru Z vyacutesledneacuteho grafu (Obr 37) je

patrneacute že se snižovaacuteniacutem zatiacuteženiacute rotoru klesaacute velikost uacutečiniacuteku Naměřeneacute hodnoty pro konstrukci

grafu jsou uvedeny v přiacuteloze

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 38

Obr 36 Charakteristiky asynchronniacuteho motoru při zatiacuteženiacute [11]

Obr 37 Graf zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti P2

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

01

02

03

04

05

06

07

08

09

0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000

P1 [

W]

cos

ϕ [

-]

P2 [W]

P2 P1 Q1

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 39

35 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

Princip ochrany

Je-li poměr nejnižšiacuteho proudu (Imin) a nejvyššiacuteho proudu (Imax) ve faacuteziacutech nad nastavenou

uacuterovniacute pro varovaacuteniacute sepne signalizace ztraacutety faacuteze Jakmile ovšem tento poměr překročiacute

nastavenou hodnotu pro odpojeniacute motoru sepne zpožděniacute vypnutiacute a podle nastaveneacute třiacutedy

přetiacuteženiacute motor po uplynutiacute časoveacuteho intervalu odpojiacute

Funkce faacutezoveacute nesymetrie je aktivniacute pouze tehdy je-li proud ve všech třech faacuteziacutech gt 25 In

(jmenoviteacuteho proudu) [1]

Naacutesledujiacuteciacute rovnice představuje vyacutepočet procentuaacutelniacuteho poměru proudu pro vypnutiacute motoru při

uacuteplneacute ztraacutetě faacuteze

(

)

36 Ochrana sledu faacuteziacute

Ochrana sledu faacuteziacute hliacutedaacute zejmeacutena spraacutevnyacute směr otaacutečeniacute motoru Důležiteacute pro použitiacute teacuteto

ochrany je miacutesto zapojeniacute napěťoveacuteho modulu VI15x Pokud by byl modul zapojen za stykači

nastala by chyba při reverzniacutem zapojeniacute Na stykačiacutech dochaacuteziacute zapojeniacutem k zaacuteměně dvou

faacutezovyacutech vodičů a tiacutem i změně směru otaacutečeniacute motoru UMC s pomociacute VI150 vyhodnotiacute situaci

jako chybovou a vypne motor Napěťovyacute modul se tedy zpravidla umiacutesťuje hned za hlavniacute jistiacuteciacute

prvek viz Obr 44

37 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Jedno z největšiacutech nebezpečiacute pro motor představuje ztraacuteta jedneacute napaacutejeciacute faacuteze Chod na 2

napaacutejeciacute faacuteze zatěžuje motor na tepelneacute uacutečinky proudu vlivem zvyacutešeniacute proudu ve zbylyacutech 2

faacuteziacutech UMC100 v tomto přiacutepadě vypiacutenaacute motor podle předem stanovenyacutech časovyacutech intervalů

Intervaly vypnutiacute jsou stejneacute jako pro ochranu proti proudoveacutemu přetiacuteženiacute (Tab 32) a

odpoviacutedajiacute nastaveneacute třiacutedě přetiacuteženiacute Tuto ochranu dřiacuteve zajišťovalo tepelneacute releacute ktereacute v tomto

přiacutepadě nemusiacute byacutet použito

38 PTC ochrana

381 Termistor

Termistor je polovodičovyacute nelineaacuterniacute dvojpoacutel jehož odpor se měniacute v zaacutevislosti na teplotě

prostřediacute ve ktereacutem pracuje Jeho vyacutehodou je že velmi rychle a citlivě reaguje na změnu teploty

Rozlišujeme zpravidla 2 druhy termistorů

1 NTC (Negative Temperature Coefficient) - termistor se zaacutepornyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou klesaacute jeho odpor (roste elektrickaacute vodivost a proud)

2 PTC (Positive Temperature Coefficient) ndash termistor s kladnyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou jeho odpor roste

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 40

Obr 38 Zaacutevislost odporu termistoru na teplotě

Použitiacute termistorů

NTC termistory se použiacutevajiacute zpravidla k měřeniacute teploty PTC se nejčastěji využiacutevaacute

v kuchyňskyacutech spotřebičiacutech kde je požadovaacutena konstantniacute teplota v termostatech a pro hliacutedaacuteniacute

teploty vinutiacute motorů

382 Princip PTC ochrany v UMC

Ochrana obecně spadaacute do skupiny proudově nezaacutevislyacutech ochran Pro připojeniacute PTC

termistoru sloužiacute na UMC100 svorky s označeniacutem T1 a T2 PTC zvyšuje svůj odpor s rostouciacute

teplotou proto je možneacute ho použiacutet pro hliacutedaacuteniacute teploty např vinutiacute statoru UMC je schopneacute

vyhodnotit tuto změnu odporu a vydaacute signaacutel k odpojeniacute motoru od siacutetě [7]

39 Ochrana při zemniacutem spojeniacute

Ochrana při zemniacutem spojeniacute spočiacutevaacute v ochraně motoru siacutetě a technologie při nežaacutedouciacutech

vlivech způsobenyacutech zejmeacutena staacuternutiacutem izolace a jejiacutem zhoršenyacutem izolačniacutem uacutečinkem

Naacutesledkem přetěžovaacuteniacute vedeniacute vlhkostiacute kondenzaciacute vody v elektrickeacutem zařiacutezeniacute nebo vrstvou

vodiveacuteho prachu jsou praacutevě zhoršeneacute vlastnosti izolačniacuteho materiaacutelu To vede k nechtěneacutemu

zemniacutemu spojeniacute Zemniacute spojeniacute je monitorovaacuteno pomociacute UMC spolu se zařiacutezeniacutem CEM11 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 41

DEMONSTRAČNIacute PŘIacutePRAVEK 4

41 Naacutevrh přiacutepravku

Pro demonstraci UMC100 a dalšiacutech prvků řady produktů od společnosti ABB sro byl

navržen přiacutepravek pomociacute software AutoCAD a Inventor Professional kteryacute byl poteacute zrealizovaacuten

a oživen Nosnaacute konstrukce (Obr 41) je vyrobena z jӓckelu o rozměru 25x25mm

Obr 41 Nosnaacute konstrukce

Čelniacute panel tvořiacute plech s rozměry 500x400mm a tloušťky 2mm Plech je osazen

rozvaděčovyacutemi kanaacutely 25x60mm a všemi potřebnyacutemi komponentami pro realizaci zapojeniacute

Vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho panelu s otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky a ovlaacutedaciacute tlačiacutetka motoru je na

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

Seznam použityacutech komponent Vyacuterobce

3-poacutelovyacute jistič C16 OEZ

Pojistkoveacute pouzdro RSP 4 Elektro Bečov

Komunikačniacute modul MTQ22-FBP ABB

Motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP ABB

Napěťovyacute modul VI150-FBP ABB

Rozšiřovaciacute modul DX122-FBP ABB

Ministykač LC1K09(LC1K12) Schneider Electric

Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A ABB

Rozvaděčovyacute kanaacutel 25x60mm KOPOS

Přiacutestrojoveacute zdiacuteřky 4mm do panelu AMASS

Tlačiacutetka do panelu 250V1A JIETONG

Tab 41 Seznam použityacutech komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 42

Pro konstrukci je důležiteacute aby navrženyacute panel rozměrově odpoviacutedal všem potřebnyacutem přiacutestrojům

a modulům Pro tuto přiacuteležitost je pomociacute software AutoCAD vytvořen vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho

panelu Obr 43 kteryacute je konstruovaacuten

Navrženyacute nosnyacute plech tloušťky 2mm na ktereacutem jsou umiacutestěny veškereacute komponenty Obr 42

Ve vrchniacute polovině plechu jsou vyvrtaacuteny otvory o průměru 4mm sloužiacuteciacute pro uchyceniacute

rozvaděčoveacuteho kanaacutelu a DIN lišty Ve středniacute čaacutesti plechu jsou 4 průvlečneacute otvory určeneacute k

průchodu vodičů ze zadniacute čaacutesti plechu (od napaacutejeciacutech svorek) do rozvaděčoveacuteho kanaacutelu na straně

předniacute Pro tuto potřebu jsou stejneacute otvory vyvrtaacuteny takeacute do dna kanaacutelu Ve spodniacute čaacutesti jsou

otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky pomociacute kteryacutech je zajištěno napaacutejeniacute panelu a poteacute napaacutejeniacute motoru

a 3 otvory na ovlaacutedaciacute tlačiacutetka k zajištěniacute ovlaacutedaacuteniacute motoru Uchyceniacute plechu k nosneacute konstrukci

je provedeno samořeznyacutemi šroubky M5 v roziacutech plechu

Obr 42 Naacutevrh plechu panelu

Vyacutekres plechu s udaacuteniacutem koacutet je obsažen v přiacuteloze praacutece viz Obr 01

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 43

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 44

42 Scheacutema zapojeniacute přiacutepravku

Demonstračniacute panel je uzpůsoben pro reverzniacute chod trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 44 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho přiacutepravku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 45

43 Vyacuteslednyacute přiacutepravek

Vyacuteslednyacute osazenyacute a zapojenyacute přiacutepravek určenyacute pro laboratorniacute uacutelohu doplněnyacute vhodnyacutemi

štiacutetky pro ovlaacutedaacuteniacute a zapojeniacute napaacutejeciacute siacutetě (VSTUP) a motoru (VYacuteSTUP)

Obr 45 Demonstračniacute přiacutepravek

Zadniacute čaacutest panelu s izolovaacuteniacutem konektorů FASTON pomociacute teplem smrštitelneacute bužiacuterky před

nebezpečnyacutem dotykem živeacute čaacutesti

Obr 46 Zadniacute pohled

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 46

44 Demonstračniacute kufr pro ABB

Pro společnost ABB sro byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 prezentujiacuteciacute

jeho možnosti Zaacutekladniacutem požadavkem naacutevrhu bylo řešeniacute pomociacute jednofaacutezoveacuteho napaacutejeniacute

Jelikož UMC100 je uzpůsobeno pro chod trojfaacutezovyacutech motorů je použit frekvenčniacute měnič

ACS50 kteryacute nabiacuteziacute při napaacutejeniacute pomociacute jednofaacutezoveacute siacutetě na sveacutem vyacutestupu napětiacute 3x230V50Hz

Pro digitaacutelniacute vstupy UMC100 a rozšiřovaciacuteho modulu DX111 je navrženo použitiacute dvoupoacutelovyacutech

paacutečkovyacutech přepiacutenačů s funkciacute (ON)-OFF-ON s napětiacutem 24V DC K signalizaci aktivniacutech vstupů

a vyacutestupů je navrženo použitiacute zelenyacutech signaacutelek Ovlaacutedaciacute panel kufru obsahuje spiacutenače pro

simulaci ztraacutety napaacutejeciacute faacuteze motoru potenciometr k simulaci faacutezoveacute nesymetrie daacutele červenou

signaacutelku pro signalizaci poruchovyacutech stavů a žlutou pro chod motoru Všechny přepiacutenače a

signaacutelky jsou přiacutestupneacute uživateli prostřednictviacutem navrženeacuteho ovlaacutedaciacuteho panelu kteryacute současně

posloužiacute jako kryt kufru (Obr 02) Jelikož pro přenosnyacute kufr neniacute nejvhodnějšiacute použitiacute

asynchronniacuteho motoru je proto použit 6-poacutelovyacute synchronniacute motor s přiacutekonem 23VA

vyacutestupniacutem vyacutekonem 105W a jmenovityacutem proudem 100mA

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 47

Obr 47 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho kufru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 48

SIMULACE OCHRAN 5Kapitola obsahuje soupis simulaciacute ochran ktereacute jsou demonstrovaacuteny v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jež se zabyacutevaacute problematikou UMC100 Z širokeacute škaacutely ochran jsou vybraacuteny 4 situace ktereacute

se v průmyslu často vyskytujiacute

51 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

K nasimulovaacuteniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii je použit posuvnyacute potenciometr kteryacute je

připojen na svorky (12) Pomociacute potenciometru bude snižovaacutena velikost napětiacute na přiacutevodniacute faacutezi

do motoru (L1) Pro demonstraci ochrany je použit napěťovyacute modul VI150 spolu s UMC100 Na

svorky modulu označeneacute (L1L2 a L3) jsou přivedeny faacuteze v uvedeneacutem sledu Při zvyšovaacuteniacute

odporu rezistoru ve faacutezi dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute napětiacute na přiacutevodniacute svorce (L1) vlivem rostouciacuteho

uacutebytku napětiacute na daneacutem rezistoru Je-li napěťovyacute modul propojen vodičem s UMC a je-li spraacutevně

nastaven UMC vyhodnotiacute po určiteacutem poklesu napětiacute a naacuterůstu proudu ve zbylyacutech dvou faacuteziacutech

(L2 a L3) jako chybovou a vybaviacute Nejprve bude vybaveno varovaacuteniacute a poteacute dojde k odpojeniacute

motoru

52 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze je motor vystaven vysokeacutemu riziku což většinou vede k jeho

zničeniacute Demonstrace ochrany proběhne uacuteplnyacutem odpojeniacutem napaacutejeciacute faacuteze L2 Pro vybaveniacute

ochrany neniacute zapotřebiacute aby byl motor v chodu neboť použitiacute napěťoveacuteho modulu VI150

detekuje nepřiacutetomnost napětiacute faacuteze a vybaviacute Při chodu motoru ochrana vybaviacute od 15s pro třiacutedu

5E a do 12s pro 40E podle nastaveneacute třiacutedy přetiacuteženiacute viz Tab 32 Princip funkce při chodu

motoru spočiacutevaacute v porovnaacuteniacute nejvyššiacute a nejnižšiacute naměřeneacute hodnoty faacutezoveacuteho proudu s

nastavenyacutemi uacuterovněmi Vyacutehodou je že signalizuje varovaacuteniacute ještě před samotnyacutem spuštěniacutem

motoru kdy může nastat stav že je přepaacutelena pojistka a obsluha toto nezaznamenala Mimo

přepaacuteleneacute pojistky se může takeacute jednat o uvolněnyacute nebo opotřebenyacute kontakt

53 Ochrana sledu faacuteziacute

Pro spraacutevnyacute chod motoru a diagnostiku pomociacute kontroleacuteru s použitiacutem napěťoveacuteho modulu je

zapotřebiacute dodržet sled faacuteziacute tzn Faacutezovyacute vodič L1rarrsvorka L1 L2 rarrsvorka L3 a L3rarrsvorka L3

Při zaacuteměně některyacutech faacutezovyacutech vodičů neprodleně vybaviacute ochrana sledu faacuteziacute a neniacute dovoleno

spuštěniacute motoru do okamžiku dokud neniacute obsluhou tento probleacutem vyřešen

54 PTC ochrana

Pro vyhodnocovaacuteniacute teploty vinutiacute statoru motoru sloužiacute termistor PTC Při zvyacutešeniacute teploty

nastaacutevaacute zvyacutešeniacute odporu termistoru (viz Obr 38) a motor odpojiacute Udaacutevanaacute odezva UMC na

změnu odporu je v rozmeziacute R = 34-38kΩ

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 49

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany

Z důvodu ochrany motoru neniacute vhodneacute vystavovat motor zvyacutešeneacute teplotě pro nastiacuteněniacute funkce

PTC ochrany Pro tento uacutečel posloužiacute zhotovenyacute box osazenyacute lineaacuterniacutem potenciometrem

s hodnotou odporu 25kΩ jemuž jsou předřazeny odpory 1kΩ a 330Ω

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 50

LABORATORNIacute UacuteLOHA 6

61 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100

Uacutekolem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute řiacutediacuteciacute a kontrolniacute jednotkou pro

provoz trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru UMC100

Motorovyacute kontroleacuter nabiacuteziacute 3 releacuteoveacute vyacutestupy Tyto vyacutestupy jsou připojitelneacute na napětiacute 230V AC s

maximaacutelniacutem proudem 1A Releacuteoveacute vyacutestupy sloužiacute zejmeacutena pro připojeniacute budiacuteciacutech ciacutevek stykačů

Hlavniacute vstupy jsou tvořeny seacuteriiacute svorek jež je umiacutestěnaacute ve spodniacute čaacutesti kontroleacuteru Svorky nesou

označeniacute (DI0 DI1 hellip DI5) Tyto digitaacutelniacute vstupy pracujiacute s napětiacutem 24V DC a sloužiacute pro

připojeniacute ovlaacutedaciacutech tlačiacutetek jako start motoru stop motoru reverzaci rozběh hvězda-trojuacutehelniacutek

nebo např použitiacute vstupu pro koncovyacute spiacutenač pro připojeniacute pomocnyacutech kontaktů stykačů či

funkci aktuaacutetor kdy je ovlaacutedaacuten pohon ventilu Vše podle nastaveniacute uživatele a pracovniacuteho

procesu Vedle hlavniacutech vstupniacutech kontaktů se nachaacuteziacute takeacute jeden vyacutestupniacute s označeniacutem (DO3)

Tento digitaacutelniacute vyacutestup lze využiacutet k připojeniacute 24V DC signalizačniacute kontrolky pro chybovaacute hlaacutešeniacute

modulu UMC100 nabiacuteziacute integrovanyacute vstup pro připojeniacute PTC termistoru Diacuteky PTC jsme

schopni hliacutedat teplotu statoroveacuteho vinutiacute a předejiacutet tiacutem zaacutevažneacutemu poškozeniacute motoru

Hlavniacute obvod

Měřeniacute proudu faacutezovyacutemi vodiči je řešeno pomociacute 3 průvlečnyacutech ok integrovanyacutech v modulu

Tato průvlečnaacute oka jsou měřiacuteciacutemi transformaacutetory proudu navinutyacutemi na toroidniacutem jaacutedře Diacuteky

těmto transformaacutetorům je kontroleacuter schopnyacute měřit proud v rozsahu 024 až 63A Pro vyššiacute

hodnoty proudů až 850A se použiacutevaacute externiacute proudovyacute transformaacutetor

Možnost rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru

UMC se v průmyslovyacutech aplikaciacutech nejčastěji použiacutevaacute s využitiacutem napěťoveacuteho a rozšiřovaciacuteho

(vstupně-vyacutestupniacuteho) modulu Pro laboratorniacute uacutelohu je použit napěťovyacute modul VI150 a

rozšiřovaciacute modul DX122 jenž jsou připojeny k UMC pomociacute UMCIO-CAB přes svorky

s označeniacutem Ca a Cb

Napěťovyacute modul VI150

K demonstraci kontroleacuteru je použit modul s označeniacutem VI150 Zařiacutezeniacute disponuje konektory pro

připojeniacute faacutezovyacutech vodičů (L1 L2 a L3) a je schopneacute měřit hodnotu sdruženeacuteho napětiacute siacutetě

S naměřenyacutemi hodnotami faacutezoveacuteho proudu pomociacute UMC dostaacutevaacuteme takeacute hodnotu faacutezoveacuteho

posuvu mezi napětiacutem a proudem tedy uacutečiniacuteku cos φ Z těchto naměřenyacutech parametrů vypočiacutetaacute

řiacutediacuteciacute jednotka kontroleacuteru činnyacute přiacutekon Ovšem pro spraacutevnou detekci napětiacute je nutneacute dodržet

zapojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 51

Vstupně-vyacutestupniacute modul DX122

Modul umožňuje rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru o dalšiacutech 8 digitaacutelniacutech vstupů na napětiacute 110-230V AC 4

releacuteoveacute vyacutestupy a 1 analogovyacute vyacutestup Pomociacute programu ABB Asset Vision Basic je možneacute

přiacutemeacute přiřazeniacute parametrů a programovaacuteniacute UMC100 a takeacute všech zařiacutezeniacute kteraacute jsou vybavena

DTM (Device Type Manager)- naacutestroj pro konfiguraci a spraacutevu zařiacutezeniacute

Komunikačniacute modul MTQ22

O komunikaci mezi UMC a PC se staraacute modul MTQ22 V software vytvořeneacutem pomociacute

vyacutevojoveacuteho prostřediacute LabVIEW lze sledovat aktuaacutelniacute měřeneacute veličiny zobrazenaacute varovaacuteniacute

poruchovyacutech stavů informace o stavu vstupů a vyacutestupů apod

Napaacutejeciacute zdroj

Napaacutejeniacute modulů zajišťuje zdroj CP-D 2413A s regulaciacute vyacutestupniacuteho napětiacute Regulace je možnaacute

v rozpětiacute 24-28V DC Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute zdroje je umožněna z důvodu požadavku

přesneacuteho napětiacute 24V DC Vlivem zatiacuteženiacute (napaacutejeniacute UMC VI a DX) vyacutestupniacute napětiacute zdroje klesaacute

podle zatěžovaciacute charakteristiky přiacuteslušneacuteho zdroje CP-D sloužiacute takeacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacutech

vstupů UMC

Ochranneacute funkce

UMC nenabiacuteziacute pouze možnost měřeniacute faacutezoveacuteho proudu ale takeacute řadu ochran při poruchovyacutech

stavech provozu Nejčastěji v praxi využiacutevanaacute ochrana je ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute kteraacute

je doprovaacutezena varovnou signalizaciacute nastaacutevajiacuteciacute poruchy

Ochrana motoru při proudoveacutem podtiacuteženiacute pracuje na obdobneacutem principu jako předchoziacute ochrana

Kontroleacuter monitoruje hladinu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu Při jeho poklesu pod nastavenou

uacuteroveň maximaacutelniacuteho dovoleneacuteho poklesu (udaacutevaneacute relativně v k jmenoviteacutemu In) dochaacuteziacute k

signalizaci chyby a odpojeniacute motoru od siacutetě

PTC ochrana spočiacutevaacute v hliacutedaacuteniacute teploty statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru pomociacute PTC

termistoru V našem přiacutepadě je použito lineaacuterniacuteho potenciometru kdy se zvyšujiacuteciacutem se odporem

potenciometru simulujeme zvyšujiacuteciacute se teplotu statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru

Při ztraacutetě některeacute napaacutejeciacute faacuteze motoru dochaacuteziacute k okamžiteacutemu blokovaacuteniacute startu motoru

Ochrana sledu faacuteziacute zajistiacute spraacutevneacute zapojeniacute vodičů L1 L2 a L3 ktereacute je slučitelneacute s nastaveniacutem v

UMC

Vlivem přerušovaneacuteho provozu např S3 kdy nedochaacuteziacute v době klidu a odpojeniacute motoru k

poklesu teploty na teplotu okoliacute může vybavit Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute - Thermal

Overload Protection (TOL)

Zablokovaniacute rotoru byacutevaacute způsobeno přiacuteliš vysokyacutem zaacutetěžnyacutem momentem Mz na hřiacutedeli motoru

nebo mechanickou poruchou Kontroleacuter je při startu schopen detekovat tento stav

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 52

62 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute uacutelohy a scheacutema zapojeniacute panelu

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 53

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 54

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha

Štiacutetek použiteacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 64 Štiacutetek motoru

63 Popis scheacutematu zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

Na vstupniacute svorky s označeniacutem VSTUP (L1 L2 L3 N PE) jsou přivedeny přiacuteslušneacute vodiče

z pracovniacuteho stolu Hlavniacute 16A jistič s vypiacutenaciacute charakteristikou typu C sloužiacute pro jištěniacute siloveacute

čaacutesti obvodu Pro jištěniacute napaacutejeciacuteho zdroje CP-D sloužiacute tavnaacute pojistka 2T250V Napěťoveacute

vstupy na modul VI150 jsou jištěny tavnou pojistkou F125250V Posuvnyacute potenciometr

umiacutestěnyacute na faacutezoveacutem vodiči L1 sloužiacute k demonstraci ochrany při faacutezoveacute nesymetrii

Komunikačniacute modul MTQ22 zajišťuje komunikaci mezi UMC a PC kdy prostřednictviacutem

Ethernetoveacute siacutetě jsme schopni čiacutest měřeneacute veličiny

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 55

64 Pracovniacute postup

1 Seznamte se s kontroleacuterem UMC100 a ostatniacutemi komponenty použityacutemi pro laboratorniacute

uacutelohu a se scheacutematem zapojeniacute uacutelohy

2 Připojte elektromotor a vstupniacute svorky na přiacuteslušneacute zdiacuteřky Před připojeniacutem vyacutekonoveacuteho

potenciometru ověřte měřeniacutem jeho minimaacutelniacute a maximaacutelniacute hodnotu odporu a

poznamenejte si je

3 Připojte potenciometr na určeneacute zdiacuteřky označeneacute čiacutesly 1 a 2 a nastavte hodnotu odporu

4 Po kontrole zapojeniacute vyučujiacuteciacutem zapněte pracoviště a nastavte autotransformaacutetor na 100

vyacutestupniacuteho napětiacute Zapněte hlavniacute jistič Kontrola a nastaveniacute komunikace mezi UMC

DX a VI

Nastaveniacute Komunikace se provede přes LCD displej naacutesledujiacuteciacutem způsobem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on

5 Stiskem tlačiacutetka VPŘED nebo VZAD na panelu uvedeme motor do chodu Pro přechod

z jednoho směru do druheacuteho je nutneacute nejprve zastavit motor tlačiacutetkem STOP Při

zastaveniacute je kontroleacuterem motor blokovaacuten po dobu 3s před dalšiacutem spuštěniacutem z důvodu

doběhu motoru Pohybem tlačiacutetek nahoru dolů pomociacute LCD v hlavniacute nabiacutedce - UMC -

můžeme sledovat aktuaacutelniacute proud motoru sdruženeacute napětiacute odebiacuteranyacute přiacutekon ze siacutetě

uacutečiniacutekhellip

6 Při provaacuteděniacute uacutelohy na brzdě (dynamometru) ověřte funkci ochrany při zablokovaacuteniacute

rotoru funkci ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a proudoveacutem přetiacuteženiacute

7 Při vybaveniacute každeacute z ochran zaznamenejte hodnotu kdy vypnula Před novyacutem startem je

důležiteacute přečiacutest zaacuteznam důvodu poruchy a proveacutest reset na panelu UMC100-PAN jinak je

START blokovaacuten

65 Měřeniacute

OCHRANA PŘED PŘEHŘAacuteTIacuteM MOTORU

Potenciometrem označenyacutem PTC je zvyšovaacutena hodnotu odporu do okamžiku kdy dojde

k odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě zapůsobeniacutem PTC ochrany Hodnota odporu potenciometru

při vybaveniacute ochrany je určena měřeniacutem na 341kΩ Odpoviacutedajiacuteciacute hodnotu teploty motoru

odečteme z grafu a hodnoty odporu potenciometru při vypnutiacute

Do tabulky zapište změřenou hodnotu odporu potenciometru při vypnutiacute Při teacuteto hodnotě odporu

odečtěte teplotu motoru z grafu Ziacuteskanou teplotu porovnejte s vypočtenou teplotou motoru

Tabulka naměřenyacutech a vypočtenyacutech hodnot

R ϑg R0 ϑ

[Ω] [degC] [Ω] [degC]

3410 136 1320 13626

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 56

Vyacutepočet vychaacuteziacute ze vztahu pro zaacutevislost elektrickeacuteho odporu vodiče na teplotě

(651)

kde

(652)

Po uacutepravě pak

α - teplotniacute součinitel elektrickeacuteho odporu (K-1

) (α = 001162 K-1

)

R0 - odpor potenciometru v zaacutekladniacute poloze

R - odpor potenciometru při vybaveniacute ochrany

ϑg - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute odečtenaacute z grafu

ϑ - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute ndash vypočtenaacute

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

R [

Ω]

ϑ [degC]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 57

Vinutiacute motoru je izolovaacuteno izolaciacute třiacutedy F (155)

Třiacuteda izolace A E B F H

Okolniacute teplota [degC] 40 40 40 40 40

Povolenyacute naacuterůst teploty [degC] 60 75 80 105 125

Teplotniacute rezerva 5 5 10 10 15

Konečnaacute teplota 105 120 130 155 180

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru [12]

OCHRANA PŘED NESPRAacuteVNYacuteM SLEDEM FAacuteZIacute

Nedodrženiacutem sledu napaacutejeciacutech faacutezovyacutech vodičů (zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů svorek L2 a L3)

jak je nastaveno v UMC provaacutediacute napěťovyacute modul blokaci startu motoru V tomto přiacutepadě

vybavuje neprodleně ochrana sledu faacuteziacute ndashPhase sequence Funkci zaznamenejte do protokolu

OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII

Zvyšovaacuteniacutem odporu vyacutekonoveacuteho potenciometru zapojeneacuteho ve faacutezi L1 (viz scheacutema zapojeniacute

uacutelohy) dochaacuteziacute k simulaci faacutezoveacute nesymetrie siacutetě Motor je odpojen v okamžiku kdy poklesne

hodnota sdruženeacuteho napětiacute mezi faacutezemi L3 a L1 přibližně na hodnotu Us = 380V Velikost

odporu při vybaveniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii činiacute 101Ω Hodnotu nesymetrie zaznamenejte

do protokolu

OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE

Ztraacuteta faacuteze se realizuje pomociacute spiacutenače v pracovniacutem stole kdy odpojiacuteme napaacutejeciacute faacutezi Změřte

čas od odpojeniacute faacuteze L2 do vybaveniacute ochrany při ztraacutetě faacuteze a poznamenejte do protokolu

66 Demonstrace ochran při použitiacute dynamometru

OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU

K testu ochrany při zablokovaacuteniacute rotoru posloužiacute dynamometr jehož hřiacutedel je spojenaacute se hřiacutedeliacute

asynchronniacuteho motoru pomociacute spojky Hřiacutedel dynamometru je poteacute mechanicky zablokovaacutena

Stiskem přiacuteslušneacuteho tlačiacutetka je proveden start motoru a sledovaacuten proud při odpojeniacute motoru od

siacutetě a čas odpojeniacute Proud při vybaveniacute ochrany při mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru dosaacutehl

hodnoty 1978A což odpoviacutedaacute 582In

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute ndash (High current protection)

Pro simulaci proudoveacuteho přetiacuteženiacute maacuteme nastavenou hodnotu odebiacuteraneacuteho proudu na 130 pro

odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě Snižovaacuteniacutem jmenovityacutech otaacuteček motoru pomociacute dynamometru

(bržděniacutem tzn n rarr 0) dochaacuteziacute k naacuterůstu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu I Odpojeniacute nastalo při

odebiacuteraneacutem proudu 447A Nastaveneacute hodnotě (13In ) naacuteležiacute proud 442A Tiacutem lze konstatovat

že vyacutesledek měřeniacute je srovnatelnyacute s hodnotami uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute

Stav proudoveacuteho podtiacuteženiacute nedostatečneacuteho proudoveacuteho zatiacuteženiacute použiacutevanyacute zejmeacutena u čerpadel

je simulovaacuten pomociacute dynamometru kdy je nastavenaacute hodnota poklesu aktuaacutelniacuteho proudu na

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 58

085In a čas odpojeniacute od siacutetě na 10s Po roztočeniacute a zatiacuteženiacute motoru na hodnotu jmenoviteacuteho

proudu jsou pomociacute dynamometru zvyšovaacuteny otaacutečky motoru n Tento proces maacute za naacutesledek

snižovaacuteniacute aktuaacutelniacuteho proteacutekaneacuteho proudu I kdy motor ztraacuteciacute zatiacuteženiacute Nastaveneacute hodnotě

podtiacuteženiacute odpoviacutedaacute aktuaacutelniacute proud 289A Při dosaženiacute teacuteto uacuterovně je spuštěn odpočet a motor za

10s odpojen

67 Vyhodnoceniacute a zaacutevěr

Vyacutesledkem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute technologiiacute pro diagnostiku

veličin při chodu trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru Při demonstračniacute simulaci ochran byly

dosaženy naacutesledujiacuteciacute vyacutesledky PTC ochrana vybavuje při hodnotě odporu 341kΩ Tato hodnota

odpoviacutedaacute teplotě ϑg = 136degC odečteneacute z grafu Vypočtenaacute teplota ϑ = 13626degC Vyacuterobce uvaacutediacute

zapůsobeniacute ochrany při hodnotě odporu v rozsahu 34-38kΩ Zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů L2 a

L3 proběhla okamžitaacute blokace spuštěniacute motoru Faacutezovaacute nesymetrie vybavila při poklesu napětiacute o

5 Ztraacutetou napaacutejeciacute faacuteze proběhlo odpojeniacute motoru v čase t = 15s Čas odpojeniacute odpoviacutedaacute třiacutedě

přetiacuteženiacute 5E kteraacute je nastavena

Při testu za použitiacute dynamometru bylo zjištěno že při zablokovaneacutem rotoru motoru zapůsobil

kontroleacuter při nastaveneacutem přetiacuteženiacute 3In Teacuteto hodnotě naacuteležiacute proud 102A Jelikož je nastavena

třiacuteda přetiacuteženiacute 5E ktereacute naacuteležiacute interval 15s a poteacute odpojeniacute motoru tak během tohoto okamžiku

vzrostla hodnota proudu na 1978A což odpoviacutedaacute 582In Při proudoveacutem přetiacuteženiacute odpoviacutedaly

vyacutesledky měřeniacute nastaveneacute hodnotě přetiacuteženiacute 13In Ve stavu proudoveacuteho podtiacuteženiacute zapůsobila

ochrana spraacutevně dle nastaveneacuteho poklesu proudu na 085In

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 14: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 14

UacuteVOD

Bakalaacuteřskaacute praacutece je založena na naacutevrhu a vyacuterobě demonstračniacuteho přiacutepravku pro motorovyacute

kontroleacuter UMC100-FBP Tento přiacutepravek posloužiacute pro laboratorniacute uacutelohu v předmětu Elektrickeacute

přiacutestroje a takeacute jako prezentačniacute aparaacutet UMC100-FBP a rozšiřovaciacutech modulů pro společnost

ABB sro Finaacutelniacute zařiacutezeniacute je realizovaacuteno pro chod ochranu a diagnostiku trojfaacutezoveacuteho

asynchronniacuteho motoru Praacutece je rozdělena do několika hlavniacutech čaacutestiacute Nejprve je přibliacuteženo

UMC100-FBP Tato čaacutest všeobecně sloužiacute pro seznaacutemeniacute se s motorovyacutem kontroleacuterem jeho

zevnějškem a možnostmi Praacutece je daacutele rozšiacuteřena o přiacutedavneacute rozšiřovaciacute moduly ktereacute lze v praxi

použiacutet společně s UMC100-FBP Uvedeny jsou i informace o připojitelneacutem ovlaacutedaciacutem LCD

panelu UMC100-PAN Kapitola č3 přibliacutežiacute ochranneacute funkce nabiacutezeneacute kontroleacuterem V dalšiacute čaacutesti

je obsažen naacutevrh aparatury pro demonstraci UMC100 a jeho funkciacute podrobneacute scheacutema zapojeniacute

tohoto přiacutepravku a samotnou laboratorniacute uacutelohu na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter

UMC100

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 15

MOTOROVYacute KONTROLEacuteR 1

Efektivniacute využiacutevaacuteniacute energie v průmyslu je důležiteacute Z praxe bylo zjištěno že viacutece jak 40

elektrickeacute energie vyrobeneacute na zemi je spotřebovaacutevaacuteno praacutevě v průmyslovyacutech odvětviacutech a z toho

až 65 je spotřebovaacutevaacuteno elektrickyacutemi motory Jak již samotnyacute naacutezev napoviacutedaacute jednaacute se o

zařiacutezeniacute určeneacute předevšiacutem pro hliacutedaacuteniacute chodu asynchronniacuteho motoru Hlavniacute funkciacute motoroveacuteho

kontroleacuteru je diagnostika veličin se kteryacutemi motor pracuje Vyacutesledkem operace byacutevaacute sled

informaciacute ktereacute jsou předaacutevaacuteny obsluze nebo dispečinku Data o zkoumaneacutem motoru je možneacute

ziacuteskat buď formou integrovaneacuteho popř připojitelneacuteho zobrazovaciacuteho prvku nebo

prostřednictviacutem konektoru kteryacute komunikuje pomociacute datoveacute sběrnice s počiacutetačem V obou

přiacutepadech jsou obsluze poskytovaacutena rozsaacutehlaacute provozniacute servisniacute a diagnostickaacute data motoru

Takto ziacuteskaneacute informace umožňujiacute obsluze odhalovat chyby omezit je nebo jim dokonce

v budoucnu zabraacutenit a tiacutem i předejiacutet možneacutemu poškozeniacute motoru resp neplaacutenovaneacutemu vyacutepadku

vyacuteroby[13]

11 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP

Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP (daacutele jen UMC100) společnosti ABB sro je

zařiacutezeniacute použiacutevaneacute pro řiacutezeniacute ochranu a sledovaacuteniacute chodu trojfaacutezovyacutech asynchronniacutech motorů

UMC100-FBP je naacutestupcem staršiacuteho modelu řiacutediacuteciacute jednotky UMC22-FBP kteraacute se ve světě

využiacutevaacute v mnoha projektech Nejčastějšiacute průmyslovaacute odvětviacute použiacutevajiacuteciacute UMC22 i UMC100 jsou

např

rafinerie

technickeacute vybaveniacute elektraacuteren

těžba nerostnyacutech surovin

chemickyacute průmysl

papiacuterny

ocelaacuterny

potravinaacuteřstviacute a vyacuteroba naacutepojů

Jako naacutestupce staršiacuteho typu kontroleacuteru se použiacutevaacute již zmiacuteněnaacute UMC100 kteraacute od ochrany a

řiacutezeniacute motoru nabiacuteziacute i detekci vyacutepadku napaacutejeciacute faacuteze motoru nastavitelnou ochranu během

rozběhu nebo normaacutelniacutem provozu a mnoho dalšiacutech funkciacute ktereacute budou daacutele zmiacuteněny Použitiacute

UMC100 je diacuteky sveacute velikosti programovatelnosti a integrovaneacutemu měřiacuteciacutemu systeacutemu vhodneacute

pro modernizaci zastaralyacutech rozvaacuteděčů v již zaběhlyacutech provozech

Oficiaacutelniacute naacutezev kontroleacuteru obsahuje přiacuteponu FBP UMC100 je vybaven komunikačniacutem

rozhraniacutem pro připojeniacute do různyacutech průmyslovyacutech sběrnic siacutetiacute jako je PROFIBUS DP

DeviceNet MODBUS a CANopen To vše pomociacute skupiny produktů FieldBusPlug UMC100 je

takeacute ovšem možneacute použiacutet jako samostatneacute zařiacutezeniacute bez připojeniacute řiacutediacuteciacute sběrnice Změřeneacute

veličiny při chodu motoru (napětiacute proudhellip) jsou zpracovaacutevaacuteny v řiacutediciacutem systeacutemu samotneacuteho

kontroleacuteru kde jsou okamžitě vyhodnocovaacuteny Tato schopnost pomaacutehaacute k rychleacute detekci poruchy

a k zajištěniacute dopadů na ostatniacute zařiacutezeniacute v diagnostikovaneacute soustavě Daacutele napomaacutehaacute k řešeniacute

vhodnyacutech opatřeniacute pro přiacutepad dalšiacutech negativniacutech jevů a přiacutepadnyacutech vaacutežnyacutech poruch

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 16

12 Instalace

Samotnyacute koncept uzpůsobenyacute pro tyto aplikace naacutem zapřiacutečiňuje zkraacuteceniacute uacutesiliacute a naacutemahy při

zdlouhaveacutem vodičoveacutem propojeniacute v rozvaacuteděči jelikož veškereacute požadovaneacute ochranneacute

monitorovaciacute a řiacutediacuteciacute funkce jsou integrovaacuteny do jedineacuteho modulaacuterniacuteho zařiacutezeniacute UMC100 je

možneacute diacuteky kompaktniacutemu provedeniacute veškeryacutech jeho komponent jednoduše umiacutestit do stiacutesněnyacutech

prostor vyacutesuvnyacutech rozvaacuteděčů nebo do již použiacutevanyacutech staršiacutech zařiacutezeniacute Jednaacute se o zařiacutezeniacute a

provozy kteraacute prochaacuteziacute modernizaciacute a vyžadujiacute použitiacute noveacute technologie provozu a obohaceniacute o

noveacute způsoby řiacutezeniacute a ochran motorů od zastaralyacutech a vysloužilyacutech elektromagnetickyacutech releacute

Moderniacute motoroveacute kontroleacutery se ovšem nepoužiacutevajiacute pouze pro renovace a modernizace staršiacutech

provozů ale je samozřejmostiacute že noveacute společnosti s vysokyacutem počtem až tisiacutecem motorů saacutehnou

po technologicky vyspěleacutem ochranneacutem a monitorovaciacutem zařiacutezeniacute pro trojfaacutezoveacute asynchronniacute

motory

Montaacutež zařiacutezeniacute do rozvaacuteděče je velice jednoduchaacute Postačiacute pouze všeobecně použiacutevanaacute DIN

lišta (EN50022-35) na kterou se kontroleacuter zasadiacute nebo je možneacute upevněniacute 4 šrouby M4

Demonstrativniacute zasazeniacute na DIN lištu je předvedeno na Obr 11

Obr 11 Instalace UMC100-FBP na DIN lištu[1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 17

TECHNICKEacute VYBAVENIacute UMC100-FBP 2

21 Kompaktniacute zaacutekladniacute jednotka

Zaacutekladniacute jednotka kontroleacuteru obsahuje nejdůležitějšiacute čaacutesti jako je integrovanyacute měřiciacute systeacutem

a 2 seacuterie svorek Tyto svorky tvořiacute vstupy a vyacutestupy kontroleacuteru Jsou tvořeny 6 digitaacutelniacutemi vstupy

24V DC (spodniacute svorky) 1 integrovanyacute vstupem pro připojeniacute PTC termistoru a 4 vyacutestupy (horniacute

svorky) Tyto vyacutestupy tvořiacute 3 vyacutestupniacute releacute a 1 digitaacutelniacute tranzistorovyacute vyacutestup UMC100 takeacute

disponuje třemi LED pro signalizaci stavu technickeacuteho vybaveniacute Umožňuje tedy provoz bez

použitiacute sběrnicoveacuteho systeacutemu a daacutelkoveacute přiřazeniacute parametrů přes řiacutediciacute systeacutem Na Obr 21 je

patrneacute použitiacute konektoru M12

[2]

Obr 21 Vnějšiacute popis UMC100-FBP a s připojenyacutem UMC100-PAN

1 upevňovaciacute očka pro montaacutež 4 šrouby M4 Očka je možneacute odlomit pokud bude zařiacutezeniacute

připevněno na DIN lištu

2 konektory pro připojeniacute odporoveacuteho PTC sniacutemače

3 připojovaciacute svorky pro komunikaci s IO moduly

4 zaacutestrčka M12 pro připojeniacute konektoru FieldBusPlug

5 3 stavoveacute LED kontrolky

zelenaacute ndash motor připraven

žlutaacute ndash motor je v provozu

červenaacute ndash přetiacuteženiacute nebo porucha motoru (hlaacutešeniacute chyby)

6 připojovaciacute svorky pro releacuteoveacute vyacutestupy

(šrouby nepoužiacutevanyacutech svorek musiacute byacutet dotaženy pro zajištěniacute ochrany proti naacutehodneacutemu

vyšroubovaacuteniacute a naacutesledneacutemu kontaktu)

7 konektor pro připojeniacute ovlaacutedaciacuteho LCD panelu Control Panel UMC100-PAN

8 prvniacute dvě svorky sloužiacute pro napaacutejeciacute napětiacute 24V DC 24VDC vyacutestup a DI0 až DI0 jsou

připojovaciacute svorky pro digitaacutelniacute vyacutestupy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 18

9 znaacutezorněnaacute draacuteha proudu pro napaacutejeniacute motoru vodiči o průměru až 11mm což odpoviacutedaacute

průřezu vodiče až 25mm2

211 Stavebniacute bloky

Naacutesledujiacuteciacute scheacutema demonstruje hlavniacute funkčniacute bloky UMC100 a tok dat mezi nimi Obr 22

Hlavniacute blok (Protection) obsahuje prvky souvisejiacuteciacute s ochrannyacutemi prvky Motorovaacute ochrana maacute

vždy vyššiacute prioritu než spiacutenaacuteniacute releacuteovyacutech vyacutestupů Ochrana působiacute přiacutemo na vyacutestup releacute a může

motor zastavit Pokud selže některaacute čaacutest HW zařiacutezeniacute kontrola Hardware Supervision otevře

releacuteoveacute vyacutestupy z bezpečnostniacutech důvodů automaticky Hardware Supervision neniacute možneacute

vyřadit

Měřeniacute proudu poskytuje informace o aktuaacutelniacutem proteacutekajiacuteciacutem proudu motorem kdy zařiacutezeniacute

měřiacute proud v jednotlivyacutech faacuteziacutech a vypočte středniacute hodnotu Naacutestupce původniacuteho kontroleacuteru

UMC22 použiacutevaacute aktuaacutelniacute informace o proudu a takeacute počiacutetaacute odpoviacutedajiacuteciacute teplotu motoru pomociacute

tepelneacuteho modelu Na určiteacute definovaneacute uacuterovni skutečneacute nebo vypočiacutetaneacute teploty dojde k vypnutiacute

motoru z důvodu přetiacuteženiacute

PTC input - tento vstup sloužiacute pro připojeniacute PTC termistoru pro měřeniacute skutečneacute teploty

vinutiacute motoru

Blok (Motor control) obsahuje množstviacute řiacutediacuteciacutech funkciacute Veškereacute přiacutechoziacute přiacutekazy z hlavniacuteho

panelu z digitaacutelniacutech vstupů nebo z FBP rozhraniacute jsou seřazeny a podle nastaveniacute uživatele jsou

poteacute zpracovaacutevaacuteny Blok Starter function řiacutediacute releacuteoveacute vyacutestupy Všechny bloky pracujiacute v logickeacutem

sledu Obvykle majiacute předem definovaneacute aplikace ktereacute budou provaacutedět UMC100 ovšem nabiacuteziacute i

vytvaacuteřeniacute vlastniacutech aplikaciacute [1]

Obr 22 Zaacutekladniacute blokoveacute scheacutema UMC100-FBP a tok dat mezi hlavniacutemi čaacutestmi zařiacutezeniacute [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 19

22 Ovlaacutedaciacute panel UMC100-PAN

UMC100-PAN je LCD panel kteryacutem lze rozšiacuteřit UMC100 o zobrazovaciacute prvek Tento prvek

připojiacuteme na UMC (Obr 21 7 -Konektor pro připojeniacute ovlaacutedaciacuteho LCD panelu Control Panel

UMC100-PAN) Zmiacuteněnyacute typ LCD je možneacute připojit pouze na UMC100 jelikož neniacute

kompatibilniacute se staršiacutem typem UMC22 LCD je předevšiacutem určen pro montaacutež na čelniacutem panelu

nebo na rozvaděči Ovlaacutedaciacute panel sloužiacute k lokaacutelniacutemu zobrazeniacute všech dat Poruchy (errors) a

vyacutestrahy jsou zobrazovaacuteny v nezakoacutedovaneacute podobě Externiacute zaacutevada může byacutet doplněna

individuaacutelniacutem textem např Phase loss Veškereacute parametry je možneacute nastavovat měnit a dle

potřeby chraacutenit přiacutestupovyacutem heslem

Panel sloužiacute pro zobrazeniacute veškeryacutech uacutedajů o obvodu jako např

proud prochaacutezejiacuteciacute motorem (možneacute absolutniacute zobrazeniacute v A nebo relativniacute v )

napětiacute na jednotlivyacutech faacuteziacutech L1-L3 (při použitiacute VI150(5))

aktuaacutelniacute uacutedaje o sepnutyacutech vstupech a vyacutestupech

způsob zapojeniacute motoru-přiacutemyacute chod reverzniacute chodhellip

Při vyacuteskytu přetiacuteženiacute dojde k vybaveniacute ochrany Na LCD je možneacute sledovat časovyacute odpočet

kteryacute zbyacutevaacute do dalšiacuteho možneacuteho uvedeniacute motoru do chodu po vychladnutiacute Po uplynutiacute tohoto

časoveacuteho uacuteseku může byacutet motor opět spuštěn [1]

Obr 23 Popis UMC100-PAN

1 3 stavoveacute LED

zelenaacute ndash zařiacutezeniacute připraveno

žlutaacute ndash zařiacutezeniacute v chodu

červenaacute ndash hlaacutešeniacute poruchy

2 podsviacutecenyacute LCD display

3 vstup do menu ovlaacutedaacuteniacute (Enter Control Menu)

4 vstup do menu nastaveniacute (Enter Configuration Menu)

5 posun nahoru

6 stop motoru

7 posun dolů

8 start motoru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 20

23 Napěťovyacute a rozšiřovaciacute modul

Napěťovyacute VI15x a rozšiřovaciacute (vstupně vyacutestupniacute) modul DX1xx sloužiacute pro možneacute rozšiacuteřeniacute

UMC o dalšiacute vstupy a vyacutestupy v přiacutepadě modulu DX a o měřeniacute napětiacute pomociacute modulu VI

231 Nastaveniacute komunikace

Při použitiacute rozšiřovaciacutech modulů je nejprve nutno pomociacute UMC100-PAN nastavit jejich

připojeniacute Nastaveniacute a uvedeniacute do chodu je provedeno naacutesledujiacuteciacutem způsobem

V hlavniacutem menu (ovlaacutedaacuteniacute pomociacute LCD) vybereme položku IO modules a volbu potvrdiacuteme

přiacuteslušnyacutem tlačiacutetkem Tlačiacutetky Nahoru nebo Dolů vybereme požadovanyacute modul kteryacute chceme

propojit s kontroleacuterem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on [1]

Nastaveniacutem na bdquoonldquo uvedeme moduly do provozu Funkce napěťoveacuteho modulu (VI15x) je

ověřitelnaacute jednoduchyacutem způsobem Pokud nejsou připojeny napaacutejeciacute faacuteze na svorky L1L2 a L3

modulu zařiacutezeniacute hlaacutesiacute chybu z důvodu ochrany při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze [4] [5]

232 VI15x- FBP

VI15x je přiacutedavnyacute napěťovyacute modul sloužiacuteciacute pro měřeniacute sdruženeacuteho popř faacutezoveacuteho napětiacute

motoru Z hodnot proudu měřenyacutech UMC a napětiacute pomociacute VI15x je možno vyhodnotit faacutezovyacute

posuv mezi napětiacutem a proudem Naměřeneacute hodnoty putujiacute skrze komunikačniacute kanaacutel směrem k

UMC100 K propojeniacute s UMC100 sloužiacute piny s označeniacutem Ca a Cb Daacutele modul obsahuje svorky

pro připojeniacute jednotlivyacutech faacutezovyacutech vodičů L1L2 a L3 Pro spraacutevnyacute sled faacuteziacute a jeho detekci musiacute

byacutet dodrženo spraacutevneacute zapojeniacute vzhledem k proudům měřenyacutem v UMC VI150 sloužiacute pro

připojeniacute pouze do uzemněneacute soustavy ( TN-C nebo TN-S) Modul VI155 lze naopak použiacutet jak

pro uzemněneacute soustavy (TN) tak i pro neuzemněneacute (IT) Oba typy sloužiacute k upevněniacute na DIN

lištu [1] [3]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 21

2321 Vnitřniacute struktura VI150-FBP

Obraacutezek přibližuje vnitřniacute strukturu použiteacuteho napěťoveacuteho modulu VI150

Obr 24 Struktura napěťoveacuteho modulu VI150 [3]

Obr 25 Vnějšiacute popis modulu VI150 pro UMC100-FBP

1 konektory pro komunikaci s UMC100 a pro komunikaci s rozšiřovaciacutemi moduly DX111-

FBP a DX122-FBP

2 napěťoveacute vstupy

3 releacuteovyacute vyacutestup

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 22

4 svorky pro připojeniacute napaacutejeciacuteho napětiacute 24VDC

5 3 stavoveacute LED

zelenaacute - zařiacutezeniacute připraveno

žlutaacute - varovaacuteniacute

červenaacute - porucha zařiacutezeniacute

6 popisovyacute štiacutetek

233 DX111-FBP

Modulaacuterniacute zařiacutezeniacute umožňujiacuteciacute rozšiacuteřeniacute UMC100 o dalšiacute pomocneacute vstupy a vyacutestupy

použitelneacute pro různaacute hlaacutešeniacute a vyacutestrahy Digitaacutelniacute vstupy jsou potenciaacuteloveacute s napětiacutem 24V DC

Proto je nutneacute pro ovlaacutedaciacute obvody dodržet napětiacute 24V DC nebo bezpotenciaacuteloveacute kontakty (tj

releacute) připojeneacute ze svorky +24V

Rozšiřovaciacute modul DX111-FBP nabiacuteziacute množstviacute vstupů a vyacutestupů uvedenyacutech v (Tab 21)

Vstupy 8 digitaacutelniacutech vstupů 24V DC

Vyacutestupy 4 releacuteoveacute vyacutestupy

1 analogovyacute vyacutestup

Vstupniacute napětiacute 24V DC

Vstupniacute proud 60 mA

Logickaacute 0 -312hellip+5V DC

helliphelliphelliphellipcv1 +15hellip+312V DC

Tab 21 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX111-FBP [1]

234 DX122-FBP

Multifunkčniacute modul DX122-FBP maacute srovnatelneacute vlastnosti jako předešlaacute DX111 ovšem

rozdiacutel je v tom že DX122 nabiacuteziacute osm digitaacutelniacutech vstupů pro napětiacute 110V až 230V AC

Vstupy 8 digitaacutelniacutech vstupů 110-230V AC

Vyacutestupy 4 releacuteoveacute vyacutestupy

1 analogovyacute vyacutestup

Vstupniacute napětiacute 110V AChellip 240V AC

Vstupniacute proud 60 mA

Logickaacute 0 0hellip 40V AC

helliphelliphelliphelliphellip 1 74hellip 265V AC

Tab 22 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX122-FBP [1]

Pomocnyacute rozšiřovaciacute modul se k UMC100 připojiacute na svorky Ca a Cb patrneacute na (Obr 21)

Připojeniacute lze proveacutest prostou kroucenou dvoulinkou Vzhledem k omezenyacutem prostoraacutem

rozvaacuteděčů kam je UMC100 instalovaacuteno je možneacute připojit rozšiřovaciacute modul odděleně od

kontroleacuteru a to až do vzdaacutelenosti maximaacutelniacute deacutelky 3m [1] [5]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 23

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezek (Obr 26) opět popisuje svorky a monitorovaciacute prvky DX122

Obr 26 Vnějšiacute popis IO modulu DX122-FBP pro UMC100-FBP

1 releacuteoveacute vyacutestupy (čaacutest 1)

2 releacuteoveacute vyacutestupy (čaacutest 2)

3 analogovyacute vyacutestup

4 komunikačniacute port s UMC

5 popisovyacute štiacutetek

6 digitaacutelniacute vstupy (110V AC- 230V AC)

7 3 stavoveacute LED

zelenaacute ndash zařiacutezeniacute v provozu

žlutaacute ndash vyacutestraha

červenaacute ndash porucha modulu

8 svorky pro napaacutejeniacute 24 V DC

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 24

24 Proudovyacute měřiacuteciacute transformaacutetor

Proudoveacute měřiacuteciacute transformaacutetory sloužiacute pro měřeniacute většiacutech hodnot střiacutedavyacutech proudů než je

dovoleno měřiacuteciacutem přiacutestrojem a takeacute ke galvanickeacutemu odděleniacute vedeniacute od měřiacuteciacuteho přiacutestroje

Funkce je založena na principu elektromagnetickeacute indukce Primaacuterniacute vinutiacute je tvořeno silovyacutem

vodičem měřeneacuteho vedeniacute Průchodem proudu primaacuterniacutem vedeniacutem se v magnetickeacutem obvodu

(jaacutedru) vytvaacuteřiacute magnetickyacute tok Φ a na zaacutekladě Faradayova zaacutekona elektromagnetickeacute indukce se

v sekundaacuterniacutem vinutiacute indukuje napětiacute Na sekundaacuterniacute vinutiacute je připojena měřiacuteciacute soustava

Obr 27 Magnetizačniacute charakteristika feromagnetickeacuteho materiaacutelu

Z průběhu magnetizačniacute charakteristiky feromagnetickeacuteho materiaacutelu (zaacutevislosti magnetickeacute

indukce na intenzitě magnetickeacuteho pole ) je patrnyacute stav kdy dojde k nasyceniacute magnetickeacuteho

obvodu transformaacutetoru Při nasyceniacute dochaacuteziacute ke změně vlastnostiacute feromagnetickeacuteho materiaacutelu

a křivka se od lineaacuterniacuteho průběhu odklaacuteniacute (tzv koleno magnetizačniacute křivky)

Obr 28 Měřiacuteciacute transformaacutetor proudu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 25

241 Externiacute proudovyacute transformaacutetor CTs

Externiacute přiacutestrojovyacute transformaacutetor proudu (daacutele jen PTP) se použiacutevaacute v přiacutepadě je-li jmenovityacute

proud motoru vyššiacute než 63A tzn sloužiacute k přizpůsobeniacute proudoveacuteho rozsahu na hodnotu kterou

je schopno UMC změřit UMC100 je schopneacute pracovat pomociacute sveacuteho vnitřniacuteho transformaacutetoru

proudu s proudem 024A až 63A Použitiacutem externiacuteho proudoveacuteho transformaacutetoru je možneacute měřit

až do hodnoty 850A PTP k UMC100 majiacute převod 1854 3104 5004 a 8504 Sekundaacuterniacutemu

vinutiacute odpoviacutedajiacute 4A což uvaacutediacute popis jednotlivyacutech typů proudovyacutech transformaacutetorů uvedenyacutech v

Tab 23 (čiacuteslo uvedeneacute za lomiacutetkem) např CTxLxxxR4 PTP maacute definovanou třiacutedu přesnosti

3 v celeacutem rozsahu měřeneacuteho proudu K nasyceniacute magnetickeacuteho obvodu transformaacutetoru dochaacuteziacute

přibližně při osminaacutesobku jmenoviteacuteho proudu In Transformaacutetor je navržen s třiacutedou přesnosti

5P10 to znamenaacute že je deklarovaacutena průměrnaacute chyba menšiacute než 5 při 10 naacutesobku jmenoviteacute

hodnoty proudu

Typ Rozsah měřeneacuteho proudu

[A] Max proud CT

[A]

CT4L185R4 60 až 185 1480

CT4L310R4 180 až 310 2480

CT5L500R4 300 až 500 4000

CT5L850R4 500 až 850 6800

Tab 23 Typy externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů s měřenyacutem rozsahem proudu [1]

Přiacuteklad zvoleniacute přiacuteslušneacuteho proudoveacuteho transformaacutetoru

Maacuteme-li asynchronniacute motor se jmenovityacutem proudem napřiacuteklad In =190 A a rozběhovyacutem proudem

pak

(241)

Podle jmenoviteacuteho proudu motoru In ležiacuteciacuteho v rozsahu měřeneacuteho proudu přiacuteslušneacuteho CT

určiacuteme typ CT Nachaacuteziacute-li se jmenovityacute proud na mezi některeacuteho z měřenyacutech rozsahů CT voliacute se

takovyacute transformaacutetor kteryacute maacute většiacute hodnotu maximaacutelniacuteho proudu než vyacuteslednyacute proud

vypočtenyacute Pro přiacutepad kdy In = 190 A je zvolenyacute typ CT4L310R4 Maximaacutelniacute proud Imax splňuje

požadavek kdy Imax lt max proud CT [1]

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezky představujiacute konstrukce externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 26

Obr 29 Konstrukce CT4L185R4 a CT4L310R4 [3]

Obr 210 Konstrukce CT5L500R4 a CT5L850R4 [3]

Zapojeniacute svorkovnice proudoveacuteho transformaacutetoru CTxLxxxR4 a propojeniacute s integrovanyacutem

proudovyacutem transformaacutetorem UMC100 Na Obr 211 je takeacute ukaacutezka zapojeniacute měřiacuteciacuteho modulu

VI150 na přiacutevodniacutech faacuteziacutech motoru a dodrženyacutem spraacutevnyacutem sledem faacutezovyacutech vodičů

Obr 211 UMC100-FBP s CT a VI150 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 27

Obecně platiacute že vyacutevody sekundaacuterniacuteho vinutiacute měřiacuteciacuteho transformaacutetoru proudu jsou buď

zapojeny na zaacutetěž nebo jsou propojeny do zkratu a jeden z vyacutevodů je uzemněn Princip je patrnyacute

z Obr 212 V praxi dochaacuteziacute k několika chybaacutem způsobenyacutech neznalostiacute problematiky Jednou

může byacutet neuzemněniacute jedneacute ze svorek sekundaacuterniacuteho vinutiacute Pak vznikaacute kapacitniacute vazba a

sekundaacuterniacute vinutiacute v nepřiacutezniveacutem přiacutepadě může vysokyacutem napětiacutem termionicky působit - jiskřit na

kostru Při delšiacutem trvaacuteniacute jiskřiveacuteho vyacuteboje v jednom miacutestě se mohou vytvořit vodiveacute cesty a dojiacutet

k průrazu izolace vodiče k nežaacutedouciacutemu potenciaacutelu [8]

Obr 212 Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů proudu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 28

25 Monitorovaciacute zařiacutezeniacute zemniacuteho spojeniacute CEM11-FBP

Monitorovaciacute zařiacutezeniacute CEM11 sloužiacute pro sledovaacuteniacute svodovyacutech proudů respektive zemniacutech

poruch způsobenyacutech nejčastěji poškozenou izolaciacute Detekovaacuteniacute takoveacuteto zemniacute poruchy vede

k odpojeniacute motoru aby nedošlo k jeho většiacutemu poškozeniacute nebo vede k upozorněniacute obsluhy

Možneacute použitiacute je jak v siacutetiacutech uzemněnyacutech tak i neuzemněnyacutech

Průvlečneacute oko je tvořeno toroidniacutem transformaacutetorem kteryacutem jsou vedeny všechny 3 faacutezoveacute

vodiče motoru Zařiacutezeniacute hliacutedaacute to aby součet faacutezorů proudů byl nulovyacute Jakmile dojde k zemniacutemu

spojeniacute tzn součet faacutezorů proudů je nenulovyacute integrovanaacute elektronika CEM11 sepne nebo

rozepne vyacutestup Vyacutestup z CEM11 pracuje jako kontakt kteryacute detekovanou hodnotou proudu

sepne nebo rozepne 24V DC jenž poteacute může byacutet připojeno jako např digitaacutelniacute vstup do UMC

Nastaveniacute zpožděniacute sepnutiacute varovaacuteniacute nebo odpojeniacute lze zvolit v UMC a to v rozsahu od 01s ndash

255s Nastaveniacute citlivosti spiacutenaacuteniacute je možneacute v několika krociacutech Poloha přepiacutenače (0-7) s toleranciacute

na pozici 0 cca plusmn30 a daacutele vždy s toleranciacute cca plusmn10

CEM11 je možneacute uložit spolu s ostatniacutemi komponenty na DIN lištu normovaneacuteho rozměru

35mm nebo pomociacute přiacutedavneacuteho klipu pro nejmenšiacute rozměr CEM11-FBP20 [1]

Průměr průvlečneacuteho

oka [mm]

Proudovyacute rozsah

[mA]

20 80 - 1700

35 100 - 3400

60 120 - 6800

120 240 - 13600

Tab 24 Rozměry vyraacuteběnyacutech CEM11-FBPs udaacutevanyacutemi hodnotami svodovyacutech proudů

Obr 213 Zapojeniacute CEM11-FBP do obvodu [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 29

26 Napaacutejeciacute zdroj

Pro napaacutejeniacute modulů UMC100 DX122 a VI150 sloužiacute zdroj typu CP-D 2413 Jednaacute se o

napaacutejeciacute zdroj kteryacute na sveacutem vyacutestupu dovoluje regulaci napětiacute 24-28V DC s toleranciacute plusmn 1

Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute je umožněna z důvodu připojeniacute modulů na dlouheacute vedeniacute kde

vznikajiacute uacutebytky napětiacute praacutevě vlivem deacutelky vedeniacute Zpravidla klesne-li na vedeniacute napětiacute od

jednoho zdroje na ktereacutem je nastaveno maximaacutelniacute vyacutestupniacute napětiacute pod minimaacutelniacute hodnotu

potřebnou pro napaacutejeniacute modulu je nutneacute použiacutet dalšiacute napaacutejeciacute zdroj Maximaacutelniacute proud zdroje je

Imax = 13A a jmenovityacute vyacutestupniacute vyacutekon 30W Tento typ zdroje je diacuteky svyacutem modulaacuterniacutem

rozměrům možneacute umiacutestit na DIN lištu (EN50022-35) [6]

Naacutesledujiacuteciacute zatěžovaciacute charakteristika znaacutezorňuje zaacutevislost svorkoveacuteho napětiacute zdroje na

odebiacuteraneacutem proudu pro teplotu T=25degC

Obr 214 Zatěžovaciacute charakteristika zdroje CP-D 2413[6]

Obr 215 Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 30

27 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

Tento modul poskytuje komunikaci pro FieldBusPlug zařiacutezeniacute jako je např UMC100

s počiacutetačem prostřednictviacutem siacutetě Ethernet K MTQ22 lze připojit až 4 zařiacutezeniacute pro uacutesporu

naacutekladů Naacutesledujiacuteciacute popis je vztažen k Obr 216 kde jsou znaacutezorněny jednotliveacute čaacutesti modulu

1 konektory s označeniacutem X1 až X4 sloužiacute pro připojeniacute až 4 zařiacutezeniacute FBP

2 LED diody pro signalizaci aktuaacutelniacuteho stavu komunikace

3 micro USB konektor s označeniacutem X5 pro připojeniacute a konfiguraci pomociacute PC

4 dvě RJ45 zaacutesuvky s označeniacutem E1 a E2 pro připojeniacute pomociacute Ethernetoveacuteho kabelu

5 konektor pro připojeniacute 24V DC napaacutejeciacuteho napětiacute nese označeniacute X6

Obr 216 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 31

OCHRANNEacute FUNKCE 3Kontroleacuter nabiacuteziacute velkeacute množstviacute ochrannyacutech funkciacute potřebnyacutech pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacuteho chodu

motoru Některeacute funkce jsou aktivniacute pouze po čaacutest běhu motoru typicky při startu motoru jineacute

po jeho rozběhu Naacutesledujiacuteciacute tabulka (Tab 31) nastiacuteniacute přehled nejdůležitějšiacutech ochran motoru a

čas kdy jsou aktivovaacuteny

Ochrannaacute funkce Aktivniacute

Při tepelneacutem přetiacuteženiacute Vždy

Při zablokovaneacutem rotoru Při startu motoru

Při proudoveacutem přetiacuteženiacute Po startu

Při proudoveacutem podtiacuteženiacute Po startu

Sled faacuteziacute Vždy

Při faacutezoveacute nesymetrii Vždy

Při ztraacutetě faacuteze Vždy

PTC ochrana Vždy

Při zemniacutem spojeniacute Vždy po spuštěniacute

Při napěťovyacutech špičkaacutech Vždy

Při harmonickeacutem zkresleniacute Vždy

Tab 31 Ochranneacute funkce [1]

Nastaveniacute parametrů jednotlivyacutech ochran probiacutehaacute pomociacute UMC100-PAN

31 Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute

UMC100 disponuje nastavitelnyacutem vypiacutenaacuteniacutem při tepelneacutem přetiacuteženiacute podle třiacuted 5E 10E 20E

30E a 40E viz Obr 31 Tyto třiacutedy uvaacutedějiacute poměr mezi aktuaacutelniacutem prochaacutezejiacuteciacutem proudem

motorem I a jmenovityacutem proudem motoru In uvedenyacutem na štiacutetku v zaacutevislosti na maximaacutelniacute době

rozběhu t

Třiacuteda 5E 10E 20E 30E 40E

t [s] 15 3 6 3 12

Tab 32 Třiacutedy přetiacuteženiacute a čas odpojeniacute

Lze hovořit o dvou typech rozběhu motoru

1 normaacutelniacute rozběh - do 10s

2 těžkyacute rozběh - viacutece jak 10s

Při rozběhu zatiacuteženeacuteho motoru se otaacutečky zvyšujiacute z nuloveacute hodnoty na jmenovitou přičemž

dochaacuteziacute k naacuterůstu proudu až na několikanaacutesobek jeho jmenoviteacute hodnoty Zpravidla u většiacutech

motorů byacutevaacute naacuterůst až 10In tudiacutež v tento bdquokritickyacuteldquo okamžik nesmiacute vybavit ochrana na tepelneacute

přetiacuteženiacute Rozběh motoru pro UMC končiacute při poklesu proudu I na hodnotu 135 proudu

jmenoviteacuteho In nebo při dosaženiacute jmenovityacutech otaacuteček nn Udaacutevaneacute časy představuje Tab 32

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 32

311 Určeniacute teploty vinutiacute a vypiacutenaciacute třiacutedy

Podle způsobu určeniacute teploty vinutiacute motoru se ochrany rozlišujiacute na proudově nezaacutevisleacute a

proudově zaacutevisleacute

Proudově nezaacutevisleacute ochrany měřiacute přiacutemo teplotu ve vinutiacute motoru pomociacute vhodneacuteho čidla

teploty zpravidla termistoru Tiacutemto způsobem lze zjistit nedovoleneacute otepleniacute způsobeneacute např

poruchou cirkulace vzduchu kterou proudově zaacutevislaacute ochrana neniacute schopna vyhodnotit

Proudově zaacutevisleacute ochrany vyhodnocujiacute teplotu vinutiacute motoru nepřiacutemo a to prostřednictviacutem

vyacutepočtoveacuteho modelu z provozniacuteho proudu motoru Zvyacutešeniacute provozniacuteho proudu motoru maacute za

naacutesledek otepleniacute ktereacute vede trvaacute-li delšiacute dobu k poškozeniacute nebo zničeniacute motoru Ochrana při

tepelneacutem přetiacuteženiacute ndash TOL chraacuteniacute motor před přehřaacutetiacutem Tepelnyacute model je vypočiacutetaacutevaacuten za chodu i

v klidu motoru a z těchto stavů se pak zjistiacute tepelnaacute kapacita Znalost teacuteto hodnoty vede

k maximalizaci produktivity Funkčnost tepleneacuteho modelu je v souladu s normou

Při použitiacute motoru pro cyklickeacute operace dochaacuteziacute ke schodoviteacutemu zvyšovaacuteniacute teploty motoru Je

zapotřebiacute volit spraacutevnyacute čas intervalu mezi cykly aby nedochaacutezelo k přehřaacutetiacute a zbytečneacutemu

poškozeniacute izolace vinutiacute motoru

Funkce Thermal load (tzv tepelnaacute zaacutetěž) hliacutedaacute poměr aktuaacutelniacuteho prochaacutezejiacuteciacuteho proudu I a

jmenoviteacuteho proudu In motoru Jakmile poměr IIn přesaacutehne 100 začiacutenaacute odpočet TTT a motor

bude odpojen po uplynutiacute nastaveneacute periody Možnost opětovneacuteho spuštěniacute přetiacuteženeacuteho motoru

proběhne po jeho vychladnutiacute To je možneacute nastavit dvěma způsoby [1]

1 Ručně nastavenou periodou během ktereacute je motor blokovaacuten proti spuštěniacute

(ovlivňovaacuteno velikostiacute motoru teplotou prostřediacute kde je motor použit zda je vybaven

ventilaacutetorem či neniacute apod)

2 Nastaveniacutem procentuaacutelniacute hodnoty tepelneacute kapacity do ktereacute nebude moci obsluha

motor spustit (při nastaveniacute 50 nedojde k odblokovaacuteniacute ochrany pokud neklesne

tepelnaacute kapacita pod zadanou hodnotu)

Určeniacute vypiacutenaciacute třiacutedy je představeno na naacutesledujiacuteciacutem přiacutekladu

Maacuteme-li trojfaacutezovyacute asynchronniacute motor o vyacutekonu 22kW poměr IIn = 5 a maximaacutelniacute dobu

rozběhu to = 10s Z přiloženeacuteho grafu vypiacutenaciacutech třiacuted pro studenyacute motor určiacuteme požadovanou

třiacutedu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 33

Obr 31 Vypiacutenaciacute třiacutedy pro UMC100-FBP[1]

Z vyacutesledku je patrneacute že motor budeme vypiacutenat proti přetiacuteženiacute podle třiacutedy 5E jelikož křivka

pro 5E je pod maximaacutelniacute dobou rozběhu to = 10s Pokud by došlo ke zvoleniacute např třiacutedy 10E

hrozilo by poškozeniacute motoru jelikož by na motor působilo přetiacuteženiacute delšiacute dobu než je tomu

dovoleno [10]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 34

32 Ochrana při zablokovaneacutem rotoru

V okamžiku připojeniacute motoru na napaacutejeciacute siacuteť se rotor neotaacutečiacute (n = 0 s = 1) Motor je ve

stavu nakraacutetko a jeho proud je omezen pouze ohmickyacutemi odpory a rozptylovyacutemi reaktancemi

vinutiacute Zaacuteběrnyacute proud I1z dosahuje většinou 4 až 10 x většiacutech hodnot než proud jmenovityacute In

Určit velikost tohoto proudu je možneacute ze vztahu 321

radic

kde

U1 - Vstupniacute napětiacute

R1 - Odpor primaacuterniacuteho vinutiacute

Xr1 - Reaktance statoroveacuteho vinutiacute

Xrsquor20 - Reaktance zabrzděneacuteho rotoru

Rlsquo2s - Celkovyacute činnyacute odpor rotoru

RFe - Činnyacute odpor magnetickeacuteho obvodu

Xm - Reaktance magnetickeacuteho obvodu

I1z - Zaacuteběrnyacute proud

Obr 32 Obvodovyacute model asynchronniacuteho motoru pro jednu faacutezi statoroveacuteho vinutiacute ndash nakraacutetko

Velkyacute zatěžovaciacute moment Mz nebo mechanickaacute porucha může zapřiacutečinit zablokovaacuteniacute rotoru

Ochrannaacute funkce detekuje dlouhou počaacutetečniacute situaci kteraacute je praacutevě důsledkem zmiacuteněnyacutech přiacutečin

UMC100 tiacutemto odpojiacute motor od napaacutejeniacute čiacutemž ho ochraacuteniacute od nadměrneacuteho tepelneacuteho namaacutehaacuteniacute

V uživatelskeacutem prostřediacute je možneacute individuaacutelně nastavit jak maximaacutelniacute proud tak i čas po

ktereacutem dojde k odpojeniacute zablokovaneacuteho motoru Pro experimentaacutelniacute použitiacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy je nastavena hodnota poměru pro odpočet a naacutesledneacute odpojeniacute IIn na 300 [1] [9]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 35

33 Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute zabezpečiacute odpojeniacute motoru vyskytne-li se v obvodu většiacute

hodnota proudu než nastavenaacute jmenovitaacute In Bliacuteže tuto funkci představiacute přiloženyacute průběh Funkce

je aktivniacute až po roztočeniacute motoru v okamžiku rozběhu je neaktivniacute

Princip ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Do okamžiku T1 od zapnutiacute klesne zaacuteběrnyacute proud na hodnotu cca Ix = 135 In V časoveacutem

uacuteseku T1 až T2 dochaacuteziacute k naacuterůstu prochaacutezejiacuteciacuteho proudu motorem V okamžiku T2 překročiacute

proud hodnotu Ivar Tiacutemto okamžikem začne odpočet nastaveneacute doby zpožděniacute tvar kteraacute po

uplynutiacute sepne signalizaci varovaacuteniacute nadproudoveacuteho přetiacuteženiacute Odpočet doby tvar narůstaacute je-li

proud motorem I gt Ivar Jakmile proud I ge Iodp dochaacuteziacute k sepnutiacute čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute todp

Platiacute-li podmiacutenka I ge Iodp a dojde k načteniacute hodnoty todp UMC100 odpojiacute motor od napaacutejeniacute a tiacutem

zabraacuteniacute jeho poškozeniacute

Obr 33 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu přetiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash dosaženiacute vysokeacute proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash dosaženiacute hodnoty proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

34 Ochrana při proudoveacutem podtiacuteženiacute

Jakmile hodnota (činneacuteho) proudu klesne pod nastavenou uacuteroveň kteraacute je pro danyacute proces

typickaacute dojde v UMC100 k vybaveniacute ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a motor odpojiacute od

napaacutejeniacute Tato ochrana se předevšiacutem využiacutevaacute pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacute funkce čerpadla když detekuje

ztraacutetu jeho saacuteniacute či pro paacutesoveacute dopravniacuteky ve vyacuterobniacutech provozech Včasneacute varovaacuteniacute a odpojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 36

motoru snižuje zejmeacutena prostoje vyacuteroby Princip varovaacuteniacute a odpojeniacute je představen na

naacutesledujiacuteciacutem průběhu jak tomu bylo u ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Princip ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute zobrazeneacuteho průběhu

Po poklesu aktuaacutelniacuteho proudu v okamžiku T1 motor normaacutelně běžiacute V časoveacutem uacuteseku T1 až

T2 dochaacuteziacute k poklesu proudu pod jmenovitou hodnotu In až na nastavenou hodnotu Ivar Při

dosaženiacute teacuteto hodnoty začne odpočet varovaacuteniacute proudoveacuteho podtiacuteženiacute Nepřesaacutehne-li proud za

dobu kratšiacute než tvar mez Ivar (tzn nevzroste-li se zpět k In) dojde ke spuštěniacute signalizace

proudoveacuteho podtiacuteženiacute Při pokračujiacuteciacutem poklesu proudu jak je patrneacute v časoveacutem intervalu T2-T3

až na mez Iodp dojde k čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute Při překročeniacute nastaveneacute doby todp a za

podmiacutenky že proud I le Iodp UMC100 motor odpojiacute od napaacutejeciacute siacutetě

Obr 34 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash niacutezkaacute proudovaacute uacuteroveň kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash hodnota proudu kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

Popis funkce ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute blokoveacuteho scheacutematu

Signaacutel Istart představuje hodnotu proudu po startu motoru- log 1(tzn Signalizace motoru v

chodu) Tento signaacutel tvořiacute vstup logickeacuteho hradla AND (1) Funkci tohoto hradla znaacutezorňuje

přiloženaacute tabulka Tab 33 Druhyacute vstup signalizuje aktuaacutelniacute hodnotu proudu kteraacute motorem

proteacutekaacute Je-li proud IltIvar detekuje hradlo AND druhou logickou jedničku a hradlo vybaviacute podle

přiloženeacute tabulky Tento signaacutel z hradla aktivuje časovač zpožděniacute varovaacuteniacute Po uplynutiacute

nastaveneacuteho časoveacuteho uacuteseku signalizuje podtiacuteženiacute Dochaacuteziacute-li staacutele k poklesu proudu až do

uacuterovně kdy IltIodp pak na druheacutem logickeacutem hradle AND (2) budou na vstupu log 1 Sepne

čiacutetaacuteniacute zpožděniacute vypnutiacute a po uplynutiacute doby UMC motor vypne

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 37

Obr 35 Blokoveacute scheacutema ochrany proti proudoveacutemu podtiacuteženiacute [1]

Vstup Vyacutestup

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

Tab 33 Princip funkce logickeacuteho hradla AND

341 Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek

Při chodu asynchronniacuteho motoru odebiacuteraacute stroj ze siacutetě jalovyacute proud kteryacute je potřebnyacute pro

vytvořeniacute magnetizace hlavniacuteho magnetickeacuteho obvodu Tento tzv magnetizačniacute proud je

nezaacutevislyacute na zatiacuteženiacute stroje Uplatněniacute nalezne zejmeacutena při chodu napraacutezdno a maleacutem zatiacuteženiacute

kdy je uacutečiniacutek motoru niacutezkyacute Motor maacute tedy nejleacutepe pracovat při plneacutem zatiacuteženiacute[11]

Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek jsou důležiteacute parametry pro detekovaacuteniacute niacutezkeacute zaacutetěže nebo situace bez

zaacutetěže např uzavřenyacute ventil Pomociacute napěťoveacuteho modulu VI15x a UMC je měřeno sdruženeacute

(faacutezoveacute) napětiacute faacutezovyacute proud čili i faacutezovyacute posuv mezi proudem a napětiacutem - cos φ Pomociacute těchto

parametrů je UMC schopneacute analogicky spočiacutetat hodnotu činneacuteho přiacutekonu

radic

Poklesne-li poteacute činnyacute přiacutekon pod nastavenou procentuaacutelniacute hodnotu P (př 85 Pn) motor vypne

tj bude-li PPn le 085

Experimentaacutelniacutem měřeniacutem v raacutemci laboratorniacute uacutelohy byla pomociacute přiacutestroje Yokogawa WT1800

změřena zaacutevislost uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute motoru Z vyacutesledneacuteho grafu (Obr 37) je

patrneacute že se snižovaacuteniacutem zatiacuteženiacute rotoru klesaacute velikost uacutečiniacuteku Naměřeneacute hodnoty pro konstrukci

grafu jsou uvedeny v přiacuteloze

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 38

Obr 36 Charakteristiky asynchronniacuteho motoru při zatiacuteženiacute [11]

Obr 37 Graf zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti P2

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

01

02

03

04

05

06

07

08

09

0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000

P1 [

W]

cos

ϕ [

-]

P2 [W]

P2 P1 Q1

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 39

35 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

Princip ochrany

Je-li poměr nejnižšiacuteho proudu (Imin) a nejvyššiacuteho proudu (Imax) ve faacuteziacutech nad nastavenou

uacuterovniacute pro varovaacuteniacute sepne signalizace ztraacutety faacuteze Jakmile ovšem tento poměr překročiacute

nastavenou hodnotu pro odpojeniacute motoru sepne zpožděniacute vypnutiacute a podle nastaveneacute třiacutedy

přetiacuteženiacute motor po uplynutiacute časoveacuteho intervalu odpojiacute

Funkce faacutezoveacute nesymetrie je aktivniacute pouze tehdy je-li proud ve všech třech faacuteziacutech gt 25 In

(jmenoviteacuteho proudu) [1]

Naacutesledujiacuteciacute rovnice představuje vyacutepočet procentuaacutelniacuteho poměru proudu pro vypnutiacute motoru při

uacuteplneacute ztraacutetě faacuteze

(

)

36 Ochrana sledu faacuteziacute

Ochrana sledu faacuteziacute hliacutedaacute zejmeacutena spraacutevnyacute směr otaacutečeniacute motoru Důležiteacute pro použitiacute teacuteto

ochrany je miacutesto zapojeniacute napěťoveacuteho modulu VI15x Pokud by byl modul zapojen za stykači

nastala by chyba při reverzniacutem zapojeniacute Na stykačiacutech dochaacuteziacute zapojeniacutem k zaacuteměně dvou

faacutezovyacutech vodičů a tiacutem i změně směru otaacutečeniacute motoru UMC s pomociacute VI150 vyhodnotiacute situaci

jako chybovou a vypne motor Napěťovyacute modul se tedy zpravidla umiacutesťuje hned za hlavniacute jistiacuteciacute

prvek viz Obr 44

37 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Jedno z největšiacutech nebezpečiacute pro motor představuje ztraacuteta jedneacute napaacutejeciacute faacuteze Chod na 2

napaacutejeciacute faacuteze zatěžuje motor na tepelneacute uacutečinky proudu vlivem zvyacutešeniacute proudu ve zbylyacutech 2

faacuteziacutech UMC100 v tomto přiacutepadě vypiacutenaacute motor podle předem stanovenyacutech časovyacutech intervalů

Intervaly vypnutiacute jsou stejneacute jako pro ochranu proti proudoveacutemu přetiacuteženiacute (Tab 32) a

odpoviacutedajiacute nastaveneacute třiacutedě přetiacuteženiacute Tuto ochranu dřiacuteve zajišťovalo tepelneacute releacute ktereacute v tomto

přiacutepadě nemusiacute byacutet použito

38 PTC ochrana

381 Termistor

Termistor je polovodičovyacute nelineaacuterniacute dvojpoacutel jehož odpor se měniacute v zaacutevislosti na teplotě

prostřediacute ve ktereacutem pracuje Jeho vyacutehodou je že velmi rychle a citlivě reaguje na změnu teploty

Rozlišujeme zpravidla 2 druhy termistorů

1 NTC (Negative Temperature Coefficient) - termistor se zaacutepornyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou klesaacute jeho odpor (roste elektrickaacute vodivost a proud)

2 PTC (Positive Temperature Coefficient) ndash termistor s kladnyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou jeho odpor roste

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 40

Obr 38 Zaacutevislost odporu termistoru na teplotě

Použitiacute termistorů

NTC termistory se použiacutevajiacute zpravidla k měřeniacute teploty PTC se nejčastěji využiacutevaacute

v kuchyňskyacutech spotřebičiacutech kde je požadovaacutena konstantniacute teplota v termostatech a pro hliacutedaacuteniacute

teploty vinutiacute motorů

382 Princip PTC ochrany v UMC

Ochrana obecně spadaacute do skupiny proudově nezaacutevislyacutech ochran Pro připojeniacute PTC

termistoru sloužiacute na UMC100 svorky s označeniacutem T1 a T2 PTC zvyšuje svůj odpor s rostouciacute

teplotou proto je možneacute ho použiacutet pro hliacutedaacuteniacute teploty např vinutiacute statoru UMC je schopneacute

vyhodnotit tuto změnu odporu a vydaacute signaacutel k odpojeniacute motoru od siacutetě [7]

39 Ochrana při zemniacutem spojeniacute

Ochrana při zemniacutem spojeniacute spočiacutevaacute v ochraně motoru siacutetě a technologie při nežaacutedouciacutech

vlivech způsobenyacutech zejmeacutena staacuternutiacutem izolace a jejiacutem zhoršenyacutem izolačniacutem uacutečinkem

Naacutesledkem přetěžovaacuteniacute vedeniacute vlhkostiacute kondenzaciacute vody v elektrickeacutem zařiacutezeniacute nebo vrstvou

vodiveacuteho prachu jsou praacutevě zhoršeneacute vlastnosti izolačniacuteho materiaacutelu To vede k nechtěneacutemu

zemniacutemu spojeniacute Zemniacute spojeniacute je monitorovaacuteno pomociacute UMC spolu se zařiacutezeniacutem CEM11 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 41

DEMONSTRAČNIacute PŘIacutePRAVEK 4

41 Naacutevrh přiacutepravku

Pro demonstraci UMC100 a dalšiacutech prvků řady produktů od společnosti ABB sro byl

navržen přiacutepravek pomociacute software AutoCAD a Inventor Professional kteryacute byl poteacute zrealizovaacuten

a oživen Nosnaacute konstrukce (Obr 41) je vyrobena z jӓckelu o rozměru 25x25mm

Obr 41 Nosnaacute konstrukce

Čelniacute panel tvořiacute plech s rozměry 500x400mm a tloušťky 2mm Plech je osazen

rozvaděčovyacutemi kanaacutely 25x60mm a všemi potřebnyacutemi komponentami pro realizaci zapojeniacute

Vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho panelu s otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky a ovlaacutedaciacute tlačiacutetka motoru je na

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

Seznam použityacutech komponent Vyacuterobce

3-poacutelovyacute jistič C16 OEZ

Pojistkoveacute pouzdro RSP 4 Elektro Bečov

Komunikačniacute modul MTQ22-FBP ABB

Motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP ABB

Napěťovyacute modul VI150-FBP ABB

Rozšiřovaciacute modul DX122-FBP ABB

Ministykač LC1K09(LC1K12) Schneider Electric

Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A ABB

Rozvaděčovyacute kanaacutel 25x60mm KOPOS

Přiacutestrojoveacute zdiacuteřky 4mm do panelu AMASS

Tlačiacutetka do panelu 250V1A JIETONG

Tab 41 Seznam použityacutech komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 42

Pro konstrukci je důležiteacute aby navrženyacute panel rozměrově odpoviacutedal všem potřebnyacutem přiacutestrojům

a modulům Pro tuto přiacuteležitost je pomociacute software AutoCAD vytvořen vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho

panelu Obr 43 kteryacute je konstruovaacuten

Navrženyacute nosnyacute plech tloušťky 2mm na ktereacutem jsou umiacutestěny veškereacute komponenty Obr 42

Ve vrchniacute polovině plechu jsou vyvrtaacuteny otvory o průměru 4mm sloužiacuteciacute pro uchyceniacute

rozvaděčoveacuteho kanaacutelu a DIN lišty Ve středniacute čaacutesti plechu jsou 4 průvlečneacute otvory určeneacute k

průchodu vodičů ze zadniacute čaacutesti plechu (od napaacutejeciacutech svorek) do rozvaděčoveacuteho kanaacutelu na straně

předniacute Pro tuto potřebu jsou stejneacute otvory vyvrtaacuteny takeacute do dna kanaacutelu Ve spodniacute čaacutesti jsou

otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky pomociacute kteryacutech je zajištěno napaacutejeniacute panelu a poteacute napaacutejeniacute motoru

a 3 otvory na ovlaacutedaciacute tlačiacutetka k zajištěniacute ovlaacutedaacuteniacute motoru Uchyceniacute plechu k nosneacute konstrukci

je provedeno samořeznyacutemi šroubky M5 v roziacutech plechu

Obr 42 Naacutevrh plechu panelu

Vyacutekres plechu s udaacuteniacutem koacutet je obsažen v přiacuteloze praacutece viz Obr 01

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 43

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 44

42 Scheacutema zapojeniacute přiacutepravku

Demonstračniacute panel je uzpůsoben pro reverzniacute chod trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 44 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho přiacutepravku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 45

43 Vyacuteslednyacute přiacutepravek

Vyacuteslednyacute osazenyacute a zapojenyacute přiacutepravek určenyacute pro laboratorniacute uacutelohu doplněnyacute vhodnyacutemi

štiacutetky pro ovlaacutedaacuteniacute a zapojeniacute napaacutejeciacute siacutetě (VSTUP) a motoru (VYacuteSTUP)

Obr 45 Demonstračniacute přiacutepravek

Zadniacute čaacutest panelu s izolovaacuteniacutem konektorů FASTON pomociacute teplem smrštitelneacute bužiacuterky před

nebezpečnyacutem dotykem živeacute čaacutesti

Obr 46 Zadniacute pohled

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 46

44 Demonstračniacute kufr pro ABB

Pro společnost ABB sro byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 prezentujiacuteciacute

jeho možnosti Zaacutekladniacutem požadavkem naacutevrhu bylo řešeniacute pomociacute jednofaacutezoveacuteho napaacutejeniacute

Jelikož UMC100 je uzpůsobeno pro chod trojfaacutezovyacutech motorů je použit frekvenčniacute měnič

ACS50 kteryacute nabiacuteziacute při napaacutejeniacute pomociacute jednofaacutezoveacute siacutetě na sveacutem vyacutestupu napětiacute 3x230V50Hz

Pro digitaacutelniacute vstupy UMC100 a rozšiřovaciacuteho modulu DX111 je navrženo použitiacute dvoupoacutelovyacutech

paacutečkovyacutech přepiacutenačů s funkciacute (ON)-OFF-ON s napětiacutem 24V DC K signalizaci aktivniacutech vstupů

a vyacutestupů je navrženo použitiacute zelenyacutech signaacutelek Ovlaacutedaciacute panel kufru obsahuje spiacutenače pro

simulaci ztraacutety napaacutejeciacute faacuteze motoru potenciometr k simulaci faacutezoveacute nesymetrie daacutele červenou

signaacutelku pro signalizaci poruchovyacutech stavů a žlutou pro chod motoru Všechny přepiacutenače a

signaacutelky jsou přiacutestupneacute uživateli prostřednictviacutem navrženeacuteho ovlaacutedaciacuteho panelu kteryacute současně

posloužiacute jako kryt kufru (Obr 02) Jelikož pro přenosnyacute kufr neniacute nejvhodnějšiacute použitiacute

asynchronniacuteho motoru je proto použit 6-poacutelovyacute synchronniacute motor s přiacutekonem 23VA

vyacutestupniacutem vyacutekonem 105W a jmenovityacutem proudem 100mA

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 47

Obr 47 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho kufru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 48

SIMULACE OCHRAN 5Kapitola obsahuje soupis simulaciacute ochran ktereacute jsou demonstrovaacuteny v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jež se zabyacutevaacute problematikou UMC100 Z širokeacute škaacutely ochran jsou vybraacuteny 4 situace ktereacute

se v průmyslu často vyskytujiacute

51 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

K nasimulovaacuteniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii je použit posuvnyacute potenciometr kteryacute je

připojen na svorky (12) Pomociacute potenciometru bude snižovaacutena velikost napětiacute na přiacutevodniacute faacutezi

do motoru (L1) Pro demonstraci ochrany je použit napěťovyacute modul VI150 spolu s UMC100 Na

svorky modulu označeneacute (L1L2 a L3) jsou přivedeny faacuteze v uvedeneacutem sledu Při zvyšovaacuteniacute

odporu rezistoru ve faacutezi dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute napětiacute na přiacutevodniacute svorce (L1) vlivem rostouciacuteho

uacutebytku napětiacute na daneacutem rezistoru Je-li napěťovyacute modul propojen vodičem s UMC a je-li spraacutevně

nastaven UMC vyhodnotiacute po určiteacutem poklesu napětiacute a naacuterůstu proudu ve zbylyacutech dvou faacuteziacutech

(L2 a L3) jako chybovou a vybaviacute Nejprve bude vybaveno varovaacuteniacute a poteacute dojde k odpojeniacute

motoru

52 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze je motor vystaven vysokeacutemu riziku což většinou vede k jeho

zničeniacute Demonstrace ochrany proběhne uacuteplnyacutem odpojeniacutem napaacutejeciacute faacuteze L2 Pro vybaveniacute

ochrany neniacute zapotřebiacute aby byl motor v chodu neboť použitiacute napěťoveacuteho modulu VI150

detekuje nepřiacutetomnost napětiacute faacuteze a vybaviacute Při chodu motoru ochrana vybaviacute od 15s pro třiacutedu

5E a do 12s pro 40E podle nastaveneacute třiacutedy přetiacuteženiacute viz Tab 32 Princip funkce při chodu

motoru spočiacutevaacute v porovnaacuteniacute nejvyššiacute a nejnižšiacute naměřeneacute hodnoty faacutezoveacuteho proudu s

nastavenyacutemi uacuterovněmi Vyacutehodou je že signalizuje varovaacuteniacute ještě před samotnyacutem spuštěniacutem

motoru kdy může nastat stav že je přepaacutelena pojistka a obsluha toto nezaznamenala Mimo

přepaacuteleneacute pojistky se může takeacute jednat o uvolněnyacute nebo opotřebenyacute kontakt

53 Ochrana sledu faacuteziacute

Pro spraacutevnyacute chod motoru a diagnostiku pomociacute kontroleacuteru s použitiacutem napěťoveacuteho modulu je

zapotřebiacute dodržet sled faacuteziacute tzn Faacutezovyacute vodič L1rarrsvorka L1 L2 rarrsvorka L3 a L3rarrsvorka L3

Při zaacuteměně některyacutech faacutezovyacutech vodičů neprodleně vybaviacute ochrana sledu faacuteziacute a neniacute dovoleno

spuštěniacute motoru do okamžiku dokud neniacute obsluhou tento probleacutem vyřešen

54 PTC ochrana

Pro vyhodnocovaacuteniacute teploty vinutiacute statoru motoru sloužiacute termistor PTC Při zvyacutešeniacute teploty

nastaacutevaacute zvyacutešeniacute odporu termistoru (viz Obr 38) a motor odpojiacute Udaacutevanaacute odezva UMC na

změnu odporu je v rozmeziacute R = 34-38kΩ

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 49

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany

Z důvodu ochrany motoru neniacute vhodneacute vystavovat motor zvyacutešeneacute teplotě pro nastiacuteněniacute funkce

PTC ochrany Pro tento uacutečel posloužiacute zhotovenyacute box osazenyacute lineaacuterniacutem potenciometrem

s hodnotou odporu 25kΩ jemuž jsou předřazeny odpory 1kΩ a 330Ω

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 50

LABORATORNIacute UacuteLOHA 6

61 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100

Uacutekolem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute řiacutediacuteciacute a kontrolniacute jednotkou pro

provoz trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru UMC100

Motorovyacute kontroleacuter nabiacuteziacute 3 releacuteoveacute vyacutestupy Tyto vyacutestupy jsou připojitelneacute na napětiacute 230V AC s

maximaacutelniacutem proudem 1A Releacuteoveacute vyacutestupy sloužiacute zejmeacutena pro připojeniacute budiacuteciacutech ciacutevek stykačů

Hlavniacute vstupy jsou tvořeny seacuteriiacute svorek jež je umiacutestěnaacute ve spodniacute čaacutesti kontroleacuteru Svorky nesou

označeniacute (DI0 DI1 hellip DI5) Tyto digitaacutelniacute vstupy pracujiacute s napětiacutem 24V DC a sloužiacute pro

připojeniacute ovlaacutedaciacutech tlačiacutetek jako start motoru stop motoru reverzaci rozběh hvězda-trojuacutehelniacutek

nebo např použitiacute vstupu pro koncovyacute spiacutenač pro připojeniacute pomocnyacutech kontaktů stykačů či

funkci aktuaacutetor kdy je ovlaacutedaacuten pohon ventilu Vše podle nastaveniacute uživatele a pracovniacuteho

procesu Vedle hlavniacutech vstupniacutech kontaktů se nachaacuteziacute takeacute jeden vyacutestupniacute s označeniacutem (DO3)

Tento digitaacutelniacute vyacutestup lze využiacutet k připojeniacute 24V DC signalizačniacute kontrolky pro chybovaacute hlaacutešeniacute

modulu UMC100 nabiacuteziacute integrovanyacute vstup pro připojeniacute PTC termistoru Diacuteky PTC jsme

schopni hliacutedat teplotu statoroveacuteho vinutiacute a předejiacutet tiacutem zaacutevažneacutemu poškozeniacute motoru

Hlavniacute obvod

Měřeniacute proudu faacutezovyacutemi vodiči je řešeno pomociacute 3 průvlečnyacutech ok integrovanyacutech v modulu

Tato průvlečnaacute oka jsou měřiacuteciacutemi transformaacutetory proudu navinutyacutemi na toroidniacutem jaacutedře Diacuteky

těmto transformaacutetorům je kontroleacuter schopnyacute měřit proud v rozsahu 024 až 63A Pro vyššiacute

hodnoty proudů až 850A se použiacutevaacute externiacute proudovyacute transformaacutetor

Možnost rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru

UMC se v průmyslovyacutech aplikaciacutech nejčastěji použiacutevaacute s využitiacutem napěťoveacuteho a rozšiřovaciacuteho

(vstupně-vyacutestupniacuteho) modulu Pro laboratorniacute uacutelohu je použit napěťovyacute modul VI150 a

rozšiřovaciacute modul DX122 jenž jsou připojeny k UMC pomociacute UMCIO-CAB přes svorky

s označeniacutem Ca a Cb

Napěťovyacute modul VI150

K demonstraci kontroleacuteru je použit modul s označeniacutem VI150 Zařiacutezeniacute disponuje konektory pro

připojeniacute faacutezovyacutech vodičů (L1 L2 a L3) a je schopneacute měřit hodnotu sdruženeacuteho napětiacute siacutetě

S naměřenyacutemi hodnotami faacutezoveacuteho proudu pomociacute UMC dostaacutevaacuteme takeacute hodnotu faacutezoveacuteho

posuvu mezi napětiacutem a proudem tedy uacutečiniacuteku cos φ Z těchto naměřenyacutech parametrů vypočiacutetaacute

řiacutediacuteciacute jednotka kontroleacuteru činnyacute přiacutekon Ovšem pro spraacutevnou detekci napětiacute je nutneacute dodržet

zapojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 51

Vstupně-vyacutestupniacute modul DX122

Modul umožňuje rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru o dalšiacutech 8 digitaacutelniacutech vstupů na napětiacute 110-230V AC 4

releacuteoveacute vyacutestupy a 1 analogovyacute vyacutestup Pomociacute programu ABB Asset Vision Basic je možneacute

přiacutemeacute přiřazeniacute parametrů a programovaacuteniacute UMC100 a takeacute všech zařiacutezeniacute kteraacute jsou vybavena

DTM (Device Type Manager)- naacutestroj pro konfiguraci a spraacutevu zařiacutezeniacute

Komunikačniacute modul MTQ22

O komunikaci mezi UMC a PC se staraacute modul MTQ22 V software vytvořeneacutem pomociacute

vyacutevojoveacuteho prostřediacute LabVIEW lze sledovat aktuaacutelniacute měřeneacute veličiny zobrazenaacute varovaacuteniacute

poruchovyacutech stavů informace o stavu vstupů a vyacutestupů apod

Napaacutejeciacute zdroj

Napaacutejeniacute modulů zajišťuje zdroj CP-D 2413A s regulaciacute vyacutestupniacuteho napětiacute Regulace je možnaacute

v rozpětiacute 24-28V DC Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute zdroje je umožněna z důvodu požadavku

přesneacuteho napětiacute 24V DC Vlivem zatiacuteženiacute (napaacutejeniacute UMC VI a DX) vyacutestupniacute napětiacute zdroje klesaacute

podle zatěžovaciacute charakteristiky přiacuteslušneacuteho zdroje CP-D sloužiacute takeacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacutech

vstupů UMC

Ochranneacute funkce

UMC nenabiacuteziacute pouze možnost měřeniacute faacutezoveacuteho proudu ale takeacute řadu ochran při poruchovyacutech

stavech provozu Nejčastěji v praxi využiacutevanaacute ochrana je ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute kteraacute

je doprovaacutezena varovnou signalizaciacute nastaacutevajiacuteciacute poruchy

Ochrana motoru při proudoveacutem podtiacuteženiacute pracuje na obdobneacutem principu jako předchoziacute ochrana

Kontroleacuter monitoruje hladinu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu Při jeho poklesu pod nastavenou

uacuteroveň maximaacutelniacuteho dovoleneacuteho poklesu (udaacutevaneacute relativně v k jmenoviteacutemu In) dochaacuteziacute k

signalizaci chyby a odpojeniacute motoru od siacutetě

PTC ochrana spočiacutevaacute v hliacutedaacuteniacute teploty statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru pomociacute PTC

termistoru V našem přiacutepadě je použito lineaacuterniacuteho potenciometru kdy se zvyšujiacuteciacutem se odporem

potenciometru simulujeme zvyšujiacuteciacute se teplotu statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru

Při ztraacutetě některeacute napaacutejeciacute faacuteze motoru dochaacuteziacute k okamžiteacutemu blokovaacuteniacute startu motoru

Ochrana sledu faacuteziacute zajistiacute spraacutevneacute zapojeniacute vodičů L1 L2 a L3 ktereacute je slučitelneacute s nastaveniacutem v

UMC

Vlivem přerušovaneacuteho provozu např S3 kdy nedochaacuteziacute v době klidu a odpojeniacute motoru k

poklesu teploty na teplotu okoliacute může vybavit Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute - Thermal

Overload Protection (TOL)

Zablokovaniacute rotoru byacutevaacute způsobeno přiacuteliš vysokyacutem zaacutetěžnyacutem momentem Mz na hřiacutedeli motoru

nebo mechanickou poruchou Kontroleacuter je při startu schopen detekovat tento stav

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 52

62 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute uacutelohy a scheacutema zapojeniacute panelu

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 53

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 54

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha

Štiacutetek použiteacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 64 Štiacutetek motoru

63 Popis scheacutematu zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

Na vstupniacute svorky s označeniacutem VSTUP (L1 L2 L3 N PE) jsou přivedeny přiacuteslušneacute vodiče

z pracovniacuteho stolu Hlavniacute 16A jistič s vypiacutenaciacute charakteristikou typu C sloužiacute pro jištěniacute siloveacute

čaacutesti obvodu Pro jištěniacute napaacutejeciacuteho zdroje CP-D sloužiacute tavnaacute pojistka 2T250V Napěťoveacute

vstupy na modul VI150 jsou jištěny tavnou pojistkou F125250V Posuvnyacute potenciometr

umiacutestěnyacute na faacutezoveacutem vodiči L1 sloužiacute k demonstraci ochrany při faacutezoveacute nesymetrii

Komunikačniacute modul MTQ22 zajišťuje komunikaci mezi UMC a PC kdy prostřednictviacutem

Ethernetoveacute siacutetě jsme schopni čiacutest měřeneacute veličiny

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 55

64 Pracovniacute postup

1 Seznamte se s kontroleacuterem UMC100 a ostatniacutemi komponenty použityacutemi pro laboratorniacute

uacutelohu a se scheacutematem zapojeniacute uacutelohy

2 Připojte elektromotor a vstupniacute svorky na přiacuteslušneacute zdiacuteřky Před připojeniacutem vyacutekonoveacuteho

potenciometru ověřte měřeniacutem jeho minimaacutelniacute a maximaacutelniacute hodnotu odporu a

poznamenejte si je

3 Připojte potenciometr na určeneacute zdiacuteřky označeneacute čiacutesly 1 a 2 a nastavte hodnotu odporu

4 Po kontrole zapojeniacute vyučujiacuteciacutem zapněte pracoviště a nastavte autotransformaacutetor na 100

vyacutestupniacuteho napětiacute Zapněte hlavniacute jistič Kontrola a nastaveniacute komunikace mezi UMC

DX a VI

Nastaveniacute Komunikace se provede přes LCD displej naacutesledujiacuteciacutem způsobem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on

5 Stiskem tlačiacutetka VPŘED nebo VZAD na panelu uvedeme motor do chodu Pro přechod

z jednoho směru do druheacuteho je nutneacute nejprve zastavit motor tlačiacutetkem STOP Při

zastaveniacute je kontroleacuterem motor blokovaacuten po dobu 3s před dalšiacutem spuštěniacutem z důvodu

doběhu motoru Pohybem tlačiacutetek nahoru dolů pomociacute LCD v hlavniacute nabiacutedce - UMC -

můžeme sledovat aktuaacutelniacute proud motoru sdruženeacute napětiacute odebiacuteranyacute přiacutekon ze siacutetě

uacutečiniacutekhellip

6 Při provaacuteděniacute uacutelohy na brzdě (dynamometru) ověřte funkci ochrany při zablokovaacuteniacute

rotoru funkci ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a proudoveacutem přetiacuteženiacute

7 Při vybaveniacute každeacute z ochran zaznamenejte hodnotu kdy vypnula Před novyacutem startem je

důležiteacute přečiacutest zaacuteznam důvodu poruchy a proveacutest reset na panelu UMC100-PAN jinak je

START blokovaacuten

65 Měřeniacute

OCHRANA PŘED PŘEHŘAacuteTIacuteM MOTORU

Potenciometrem označenyacutem PTC je zvyšovaacutena hodnotu odporu do okamžiku kdy dojde

k odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě zapůsobeniacutem PTC ochrany Hodnota odporu potenciometru

při vybaveniacute ochrany je určena měřeniacutem na 341kΩ Odpoviacutedajiacuteciacute hodnotu teploty motoru

odečteme z grafu a hodnoty odporu potenciometru při vypnutiacute

Do tabulky zapište změřenou hodnotu odporu potenciometru při vypnutiacute Při teacuteto hodnotě odporu

odečtěte teplotu motoru z grafu Ziacuteskanou teplotu porovnejte s vypočtenou teplotou motoru

Tabulka naměřenyacutech a vypočtenyacutech hodnot

R ϑg R0 ϑ

[Ω] [degC] [Ω] [degC]

3410 136 1320 13626

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 56

Vyacutepočet vychaacuteziacute ze vztahu pro zaacutevislost elektrickeacuteho odporu vodiče na teplotě

(651)

kde

(652)

Po uacutepravě pak

α - teplotniacute součinitel elektrickeacuteho odporu (K-1

) (α = 001162 K-1

)

R0 - odpor potenciometru v zaacutekladniacute poloze

R - odpor potenciometru při vybaveniacute ochrany

ϑg - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute odečtenaacute z grafu

ϑ - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute ndash vypočtenaacute

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

R [

Ω]

ϑ [degC]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 57

Vinutiacute motoru je izolovaacuteno izolaciacute třiacutedy F (155)

Třiacuteda izolace A E B F H

Okolniacute teplota [degC] 40 40 40 40 40

Povolenyacute naacuterůst teploty [degC] 60 75 80 105 125

Teplotniacute rezerva 5 5 10 10 15

Konečnaacute teplota 105 120 130 155 180

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru [12]

OCHRANA PŘED NESPRAacuteVNYacuteM SLEDEM FAacuteZIacute

Nedodrženiacutem sledu napaacutejeciacutech faacutezovyacutech vodičů (zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů svorek L2 a L3)

jak je nastaveno v UMC provaacutediacute napěťovyacute modul blokaci startu motoru V tomto přiacutepadě

vybavuje neprodleně ochrana sledu faacuteziacute ndashPhase sequence Funkci zaznamenejte do protokolu

OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII

Zvyšovaacuteniacutem odporu vyacutekonoveacuteho potenciometru zapojeneacuteho ve faacutezi L1 (viz scheacutema zapojeniacute

uacutelohy) dochaacuteziacute k simulaci faacutezoveacute nesymetrie siacutetě Motor je odpojen v okamžiku kdy poklesne

hodnota sdruženeacuteho napětiacute mezi faacutezemi L3 a L1 přibližně na hodnotu Us = 380V Velikost

odporu při vybaveniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii činiacute 101Ω Hodnotu nesymetrie zaznamenejte

do protokolu

OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE

Ztraacuteta faacuteze se realizuje pomociacute spiacutenače v pracovniacutem stole kdy odpojiacuteme napaacutejeciacute faacutezi Změřte

čas od odpojeniacute faacuteze L2 do vybaveniacute ochrany při ztraacutetě faacuteze a poznamenejte do protokolu

66 Demonstrace ochran při použitiacute dynamometru

OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU

K testu ochrany při zablokovaacuteniacute rotoru posloužiacute dynamometr jehož hřiacutedel je spojenaacute se hřiacutedeliacute

asynchronniacuteho motoru pomociacute spojky Hřiacutedel dynamometru je poteacute mechanicky zablokovaacutena

Stiskem přiacuteslušneacuteho tlačiacutetka je proveden start motoru a sledovaacuten proud při odpojeniacute motoru od

siacutetě a čas odpojeniacute Proud při vybaveniacute ochrany při mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru dosaacutehl

hodnoty 1978A což odpoviacutedaacute 582In

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute ndash (High current protection)

Pro simulaci proudoveacuteho přetiacuteženiacute maacuteme nastavenou hodnotu odebiacuteraneacuteho proudu na 130 pro

odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě Snižovaacuteniacutem jmenovityacutech otaacuteček motoru pomociacute dynamometru

(bržděniacutem tzn n rarr 0) dochaacuteziacute k naacuterůstu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu I Odpojeniacute nastalo při

odebiacuteraneacutem proudu 447A Nastaveneacute hodnotě (13In ) naacuteležiacute proud 442A Tiacutem lze konstatovat

že vyacutesledek měřeniacute je srovnatelnyacute s hodnotami uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute

Stav proudoveacuteho podtiacuteženiacute nedostatečneacuteho proudoveacuteho zatiacuteženiacute použiacutevanyacute zejmeacutena u čerpadel

je simulovaacuten pomociacute dynamometru kdy je nastavenaacute hodnota poklesu aktuaacutelniacuteho proudu na

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 58

085In a čas odpojeniacute od siacutetě na 10s Po roztočeniacute a zatiacuteženiacute motoru na hodnotu jmenoviteacuteho

proudu jsou pomociacute dynamometru zvyšovaacuteny otaacutečky motoru n Tento proces maacute za naacutesledek

snižovaacuteniacute aktuaacutelniacuteho proteacutekaneacuteho proudu I kdy motor ztraacuteciacute zatiacuteženiacute Nastaveneacute hodnotě

podtiacuteženiacute odpoviacutedaacute aktuaacutelniacute proud 289A Při dosaženiacute teacuteto uacuterovně je spuštěn odpočet a motor za

10s odpojen

67 Vyhodnoceniacute a zaacutevěr

Vyacutesledkem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute technologiiacute pro diagnostiku

veličin při chodu trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru Při demonstračniacute simulaci ochran byly

dosaženy naacutesledujiacuteciacute vyacutesledky PTC ochrana vybavuje při hodnotě odporu 341kΩ Tato hodnota

odpoviacutedaacute teplotě ϑg = 136degC odečteneacute z grafu Vypočtenaacute teplota ϑ = 13626degC Vyacuterobce uvaacutediacute

zapůsobeniacute ochrany při hodnotě odporu v rozsahu 34-38kΩ Zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů L2 a

L3 proběhla okamžitaacute blokace spuštěniacute motoru Faacutezovaacute nesymetrie vybavila při poklesu napětiacute o

5 Ztraacutetou napaacutejeciacute faacuteze proběhlo odpojeniacute motoru v čase t = 15s Čas odpojeniacute odpoviacutedaacute třiacutedě

přetiacuteženiacute 5E kteraacute je nastavena

Při testu za použitiacute dynamometru bylo zjištěno že při zablokovaneacutem rotoru motoru zapůsobil

kontroleacuter při nastaveneacutem přetiacuteženiacute 3In Teacuteto hodnotě naacuteležiacute proud 102A Jelikož je nastavena

třiacuteda přetiacuteženiacute 5E ktereacute naacuteležiacute interval 15s a poteacute odpojeniacute motoru tak během tohoto okamžiku

vzrostla hodnota proudu na 1978A což odpoviacutedaacute 582In Při proudoveacutem přetiacuteženiacute odpoviacutedaly

vyacutesledky měřeniacute nastaveneacute hodnotě přetiacuteženiacute 13In Ve stavu proudoveacuteho podtiacuteženiacute zapůsobila

ochrana spraacutevně dle nastaveneacuteho poklesu proudu na 085In

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 15: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 15

MOTOROVYacute KONTROLEacuteR 1

Efektivniacute využiacutevaacuteniacute energie v průmyslu je důležiteacute Z praxe bylo zjištěno že viacutece jak 40

elektrickeacute energie vyrobeneacute na zemi je spotřebovaacutevaacuteno praacutevě v průmyslovyacutech odvětviacutech a z toho

až 65 je spotřebovaacutevaacuteno elektrickyacutemi motory Jak již samotnyacute naacutezev napoviacutedaacute jednaacute se o

zařiacutezeniacute určeneacute předevšiacutem pro hliacutedaacuteniacute chodu asynchronniacuteho motoru Hlavniacute funkciacute motoroveacuteho

kontroleacuteru je diagnostika veličin se kteryacutemi motor pracuje Vyacutesledkem operace byacutevaacute sled

informaciacute ktereacute jsou předaacutevaacuteny obsluze nebo dispečinku Data o zkoumaneacutem motoru je možneacute

ziacuteskat buď formou integrovaneacuteho popř připojitelneacuteho zobrazovaciacuteho prvku nebo

prostřednictviacutem konektoru kteryacute komunikuje pomociacute datoveacute sběrnice s počiacutetačem V obou

přiacutepadech jsou obsluze poskytovaacutena rozsaacutehlaacute provozniacute servisniacute a diagnostickaacute data motoru

Takto ziacuteskaneacute informace umožňujiacute obsluze odhalovat chyby omezit je nebo jim dokonce

v budoucnu zabraacutenit a tiacutem i předejiacutet možneacutemu poškozeniacute motoru resp neplaacutenovaneacutemu vyacutepadku

vyacuteroby[13]

11 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP

Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP (daacutele jen UMC100) společnosti ABB sro je

zařiacutezeniacute použiacutevaneacute pro řiacutezeniacute ochranu a sledovaacuteniacute chodu trojfaacutezovyacutech asynchronniacutech motorů

UMC100-FBP je naacutestupcem staršiacuteho modelu řiacutediacuteciacute jednotky UMC22-FBP kteraacute se ve světě

využiacutevaacute v mnoha projektech Nejčastějšiacute průmyslovaacute odvětviacute použiacutevajiacuteciacute UMC22 i UMC100 jsou

např

rafinerie

technickeacute vybaveniacute elektraacuteren

těžba nerostnyacutech surovin

chemickyacute průmysl

papiacuterny

ocelaacuterny

potravinaacuteřstviacute a vyacuteroba naacutepojů

Jako naacutestupce staršiacuteho typu kontroleacuteru se použiacutevaacute již zmiacuteněnaacute UMC100 kteraacute od ochrany a

řiacutezeniacute motoru nabiacuteziacute i detekci vyacutepadku napaacutejeciacute faacuteze motoru nastavitelnou ochranu během

rozběhu nebo normaacutelniacutem provozu a mnoho dalšiacutech funkciacute ktereacute budou daacutele zmiacuteněny Použitiacute

UMC100 je diacuteky sveacute velikosti programovatelnosti a integrovaneacutemu měřiacuteciacutemu systeacutemu vhodneacute

pro modernizaci zastaralyacutech rozvaacuteděčů v již zaběhlyacutech provozech

Oficiaacutelniacute naacutezev kontroleacuteru obsahuje přiacuteponu FBP UMC100 je vybaven komunikačniacutem

rozhraniacutem pro připojeniacute do různyacutech průmyslovyacutech sběrnic siacutetiacute jako je PROFIBUS DP

DeviceNet MODBUS a CANopen To vše pomociacute skupiny produktů FieldBusPlug UMC100 je

takeacute ovšem možneacute použiacutet jako samostatneacute zařiacutezeniacute bez připojeniacute řiacutediacuteciacute sběrnice Změřeneacute

veličiny při chodu motoru (napětiacute proudhellip) jsou zpracovaacutevaacuteny v řiacutediciacutem systeacutemu samotneacuteho

kontroleacuteru kde jsou okamžitě vyhodnocovaacuteny Tato schopnost pomaacutehaacute k rychleacute detekci poruchy

a k zajištěniacute dopadů na ostatniacute zařiacutezeniacute v diagnostikovaneacute soustavě Daacutele napomaacutehaacute k řešeniacute

vhodnyacutech opatřeniacute pro přiacutepad dalšiacutech negativniacutech jevů a přiacutepadnyacutech vaacutežnyacutech poruch

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 16

12 Instalace

Samotnyacute koncept uzpůsobenyacute pro tyto aplikace naacutem zapřiacutečiňuje zkraacuteceniacute uacutesiliacute a naacutemahy při

zdlouhaveacutem vodičoveacutem propojeniacute v rozvaacuteděči jelikož veškereacute požadovaneacute ochranneacute

monitorovaciacute a řiacutediacuteciacute funkce jsou integrovaacuteny do jedineacuteho modulaacuterniacuteho zařiacutezeniacute UMC100 je

možneacute diacuteky kompaktniacutemu provedeniacute veškeryacutech jeho komponent jednoduše umiacutestit do stiacutesněnyacutech

prostor vyacutesuvnyacutech rozvaacuteděčů nebo do již použiacutevanyacutech staršiacutech zařiacutezeniacute Jednaacute se o zařiacutezeniacute a

provozy kteraacute prochaacuteziacute modernizaciacute a vyžadujiacute použitiacute noveacute technologie provozu a obohaceniacute o

noveacute způsoby řiacutezeniacute a ochran motorů od zastaralyacutech a vysloužilyacutech elektromagnetickyacutech releacute

Moderniacute motoroveacute kontroleacutery se ovšem nepoužiacutevajiacute pouze pro renovace a modernizace staršiacutech

provozů ale je samozřejmostiacute že noveacute společnosti s vysokyacutem počtem až tisiacutecem motorů saacutehnou

po technologicky vyspěleacutem ochranneacutem a monitorovaciacutem zařiacutezeniacute pro trojfaacutezoveacute asynchronniacute

motory

Montaacutež zařiacutezeniacute do rozvaacuteděče je velice jednoduchaacute Postačiacute pouze všeobecně použiacutevanaacute DIN

lišta (EN50022-35) na kterou se kontroleacuter zasadiacute nebo je možneacute upevněniacute 4 šrouby M4

Demonstrativniacute zasazeniacute na DIN lištu je předvedeno na Obr 11

Obr 11 Instalace UMC100-FBP na DIN lištu[1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 17

TECHNICKEacute VYBAVENIacute UMC100-FBP 2

21 Kompaktniacute zaacutekladniacute jednotka

Zaacutekladniacute jednotka kontroleacuteru obsahuje nejdůležitějšiacute čaacutesti jako je integrovanyacute měřiciacute systeacutem

a 2 seacuterie svorek Tyto svorky tvořiacute vstupy a vyacutestupy kontroleacuteru Jsou tvořeny 6 digitaacutelniacutemi vstupy

24V DC (spodniacute svorky) 1 integrovanyacute vstupem pro připojeniacute PTC termistoru a 4 vyacutestupy (horniacute

svorky) Tyto vyacutestupy tvořiacute 3 vyacutestupniacute releacute a 1 digitaacutelniacute tranzistorovyacute vyacutestup UMC100 takeacute

disponuje třemi LED pro signalizaci stavu technickeacuteho vybaveniacute Umožňuje tedy provoz bez

použitiacute sběrnicoveacuteho systeacutemu a daacutelkoveacute přiřazeniacute parametrů přes řiacutediciacute systeacutem Na Obr 21 je

patrneacute použitiacute konektoru M12

[2]

Obr 21 Vnějšiacute popis UMC100-FBP a s připojenyacutem UMC100-PAN

1 upevňovaciacute očka pro montaacutež 4 šrouby M4 Očka je možneacute odlomit pokud bude zařiacutezeniacute

připevněno na DIN lištu

2 konektory pro připojeniacute odporoveacuteho PTC sniacutemače

3 připojovaciacute svorky pro komunikaci s IO moduly

4 zaacutestrčka M12 pro připojeniacute konektoru FieldBusPlug

5 3 stavoveacute LED kontrolky

zelenaacute ndash motor připraven

žlutaacute ndash motor je v provozu

červenaacute ndash přetiacuteženiacute nebo porucha motoru (hlaacutešeniacute chyby)

6 připojovaciacute svorky pro releacuteoveacute vyacutestupy

(šrouby nepoužiacutevanyacutech svorek musiacute byacutet dotaženy pro zajištěniacute ochrany proti naacutehodneacutemu

vyšroubovaacuteniacute a naacutesledneacutemu kontaktu)

7 konektor pro připojeniacute ovlaacutedaciacuteho LCD panelu Control Panel UMC100-PAN

8 prvniacute dvě svorky sloužiacute pro napaacutejeciacute napětiacute 24V DC 24VDC vyacutestup a DI0 až DI0 jsou

připojovaciacute svorky pro digitaacutelniacute vyacutestupy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 18

9 znaacutezorněnaacute draacuteha proudu pro napaacutejeniacute motoru vodiči o průměru až 11mm což odpoviacutedaacute

průřezu vodiče až 25mm2

211 Stavebniacute bloky

Naacutesledujiacuteciacute scheacutema demonstruje hlavniacute funkčniacute bloky UMC100 a tok dat mezi nimi Obr 22

Hlavniacute blok (Protection) obsahuje prvky souvisejiacuteciacute s ochrannyacutemi prvky Motorovaacute ochrana maacute

vždy vyššiacute prioritu než spiacutenaacuteniacute releacuteovyacutech vyacutestupů Ochrana působiacute přiacutemo na vyacutestup releacute a může

motor zastavit Pokud selže některaacute čaacutest HW zařiacutezeniacute kontrola Hardware Supervision otevře

releacuteoveacute vyacutestupy z bezpečnostniacutech důvodů automaticky Hardware Supervision neniacute možneacute

vyřadit

Měřeniacute proudu poskytuje informace o aktuaacutelniacutem proteacutekajiacuteciacutem proudu motorem kdy zařiacutezeniacute

měřiacute proud v jednotlivyacutech faacuteziacutech a vypočte středniacute hodnotu Naacutestupce původniacuteho kontroleacuteru

UMC22 použiacutevaacute aktuaacutelniacute informace o proudu a takeacute počiacutetaacute odpoviacutedajiacuteciacute teplotu motoru pomociacute

tepelneacuteho modelu Na určiteacute definovaneacute uacuterovni skutečneacute nebo vypočiacutetaneacute teploty dojde k vypnutiacute

motoru z důvodu přetiacuteženiacute

PTC input - tento vstup sloužiacute pro připojeniacute PTC termistoru pro měřeniacute skutečneacute teploty

vinutiacute motoru

Blok (Motor control) obsahuje množstviacute řiacutediacuteciacutech funkciacute Veškereacute přiacutechoziacute přiacutekazy z hlavniacuteho

panelu z digitaacutelniacutech vstupů nebo z FBP rozhraniacute jsou seřazeny a podle nastaveniacute uživatele jsou

poteacute zpracovaacutevaacuteny Blok Starter function řiacutediacute releacuteoveacute vyacutestupy Všechny bloky pracujiacute v logickeacutem

sledu Obvykle majiacute předem definovaneacute aplikace ktereacute budou provaacutedět UMC100 ovšem nabiacuteziacute i

vytvaacuteřeniacute vlastniacutech aplikaciacute [1]

Obr 22 Zaacutekladniacute blokoveacute scheacutema UMC100-FBP a tok dat mezi hlavniacutemi čaacutestmi zařiacutezeniacute [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 19

22 Ovlaacutedaciacute panel UMC100-PAN

UMC100-PAN je LCD panel kteryacutem lze rozšiacuteřit UMC100 o zobrazovaciacute prvek Tento prvek

připojiacuteme na UMC (Obr 21 7 -Konektor pro připojeniacute ovlaacutedaciacuteho LCD panelu Control Panel

UMC100-PAN) Zmiacuteněnyacute typ LCD je možneacute připojit pouze na UMC100 jelikož neniacute

kompatibilniacute se staršiacutem typem UMC22 LCD je předevšiacutem určen pro montaacutež na čelniacutem panelu

nebo na rozvaděči Ovlaacutedaciacute panel sloužiacute k lokaacutelniacutemu zobrazeniacute všech dat Poruchy (errors) a

vyacutestrahy jsou zobrazovaacuteny v nezakoacutedovaneacute podobě Externiacute zaacutevada může byacutet doplněna

individuaacutelniacutem textem např Phase loss Veškereacute parametry je možneacute nastavovat měnit a dle

potřeby chraacutenit přiacutestupovyacutem heslem

Panel sloužiacute pro zobrazeniacute veškeryacutech uacutedajů o obvodu jako např

proud prochaacutezejiacuteciacute motorem (možneacute absolutniacute zobrazeniacute v A nebo relativniacute v )

napětiacute na jednotlivyacutech faacuteziacutech L1-L3 (při použitiacute VI150(5))

aktuaacutelniacute uacutedaje o sepnutyacutech vstupech a vyacutestupech

způsob zapojeniacute motoru-přiacutemyacute chod reverzniacute chodhellip

Při vyacuteskytu přetiacuteženiacute dojde k vybaveniacute ochrany Na LCD je možneacute sledovat časovyacute odpočet

kteryacute zbyacutevaacute do dalšiacuteho možneacuteho uvedeniacute motoru do chodu po vychladnutiacute Po uplynutiacute tohoto

časoveacuteho uacuteseku může byacutet motor opět spuštěn [1]

Obr 23 Popis UMC100-PAN

1 3 stavoveacute LED

zelenaacute ndash zařiacutezeniacute připraveno

žlutaacute ndash zařiacutezeniacute v chodu

červenaacute ndash hlaacutešeniacute poruchy

2 podsviacutecenyacute LCD display

3 vstup do menu ovlaacutedaacuteniacute (Enter Control Menu)

4 vstup do menu nastaveniacute (Enter Configuration Menu)

5 posun nahoru

6 stop motoru

7 posun dolů

8 start motoru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 20

23 Napěťovyacute a rozšiřovaciacute modul

Napěťovyacute VI15x a rozšiřovaciacute (vstupně vyacutestupniacute) modul DX1xx sloužiacute pro možneacute rozšiacuteřeniacute

UMC o dalšiacute vstupy a vyacutestupy v přiacutepadě modulu DX a o měřeniacute napětiacute pomociacute modulu VI

231 Nastaveniacute komunikace

Při použitiacute rozšiřovaciacutech modulů je nejprve nutno pomociacute UMC100-PAN nastavit jejich

připojeniacute Nastaveniacute a uvedeniacute do chodu je provedeno naacutesledujiacuteciacutem způsobem

V hlavniacutem menu (ovlaacutedaacuteniacute pomociacute LCD) vybereme položku IO modules a volbu potvrdiacuteme

přiacuteslušnyacutem tlačiacutetkem Tlačiacutetky Nahoru nebo Dolů vybereme požadovanyacute modul kteryacute chceme

propojit s kontroleacuterem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on [1]

Nastaveniacutem na bdquoonldquo uvedeme moduly do provozu Funkce napěťoveacuteho modulu (VI15x) je

ověřitelnaacute jednoduchyacutem způsobem Pokud nejsou připojeny napaacutejeciacute faacuteze na svorky L1L2 a L3

modulu zařiacutezeniacute hlaacutesiacute chybu z důvodu ochrany při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze [4] [5]

232 VI15x- FBP

VI15x je přiacutedavnyacute napěťovyacute modul sloužiacuteciacute pro měřeniacute sdruženeacuteho popř faacutezoveacuteho napětiacute

motoru Z hodnot proudu měřenyacutech UMC a napětiacute pomociacute VI15x je možno vyhodnotit faacutezovyacute

posuv mezi napětiacutem a proudem Naměřeneacute hodnoty putujiacute skrze komunikačniacute kanaacutel směrem k

UMC100 K propojeniacute s UMC100 sloužiacute piny s označeniacutem Ca a Cb Daacutele modul obsahuje svorky

pro připojeniacute jednotlivyacutech faacutezovyacutech vodičů L1L2 a L3 Pro spraacutevnyacute sled faacuteziacute a jeho detekci musiacute

byacutet dodrženo spraacutevneacute zapojeniacute vzhledem k proudům měřenyacutem v UMC VI150 sloužiacute pro

připojeniacute pouze do uzemněneacute soustavy ( TN-C nebo TN-S) Modul VI155 lze naopak použiacutet jak

pro uzemněneacute soustavy (TN) tak i pro neuzemněneacute (IT) Oba typy sloužiacute k upevněniacute na DIN

lištu [1] [3]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 21

2321 Vnitřniacute struktura VI150-FBP

Obraacutezek přibližuje vnitřniacute strukturu použiteacuteho napěťoveacuteho modulu VI150

Obr 24 Struktura napěťoveacuteho modulu VI150 [3]

Obr 25 Vnějšiacute popis modulu VI150 pro UMC100-FBP

1 konektory pro komunikaci s UMC100 a pro komunikaci s rozšiřovaciacutemi moduly DX111-

FBP a DX122-FBP

2 napěťoveacute vstupy

3 releacuteovyacute vyacutestup

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 22

4 svorky pro připojeniacute napaacutejeciacuteho napětiacute 24VDC

5 3 stavoveacute LED

zelenaacute - zařiacutezeniacute připraveno

žlutaacute - varovaacuteniacute

červenaacute - porucha zařiacutezeniacute

6 popisovyacute štiacutetek

233 DX111-FBP

Modulaacuterniacute zařiacutezeniacute umožňujiacuteciacute rozšiacuteřeniacute UMC100 o dalšiacute pomocneacute vstupy a vyacutestupy

použitelneacute pro různaacute hlaacutešeniacute a vyacutestrahy Digitaacutelniacute vstupy jsou potenciaacuteloveacute s napětiacutem 24V DC

Proto je nutneacute pro ovlaacutedaciacute obvody dodržet napětiacute 24V DC nebo bezpotenciaacuteloveacute kontakty (tj

releacute) připojeneacute ze svorky +24V

Rozšiřovaciacute modul DX111-FBP nabiacuteziacute množstviacute vstupů a vyacutestupů uvedenyacutech v (Tab 21)

Vstupy 8 digitaacutelniacutech vstupů 24V DC

Vyacutestupy 4 releacuteoveacute vyacutestupy

1 analogovyacute vyacutestup

Vstupniacute napětiacute 24V DC

Vstupniacute proud 60 mA

Logickaacute 0 -312hellip+5V DC

helliphelliphelliphellipcv1 +15hellip+312V DC

Tab 21 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX111-FBP [1]

234 DX122-FBP

Multifunkčniacute modul DX122-FBP maacute srovnatelneacute vlastnosti jako předešlaacute DX111 ovšem

rozdiacutel je v tom že DX122 nabiacuteziacute osm digitaacutelniacutech vstupů pro napětiacute 110V až 230V AC

Vstupy 8 digitaacutelniacutech vstupů 110-230V AC

Vyacutestupy 4 releacuteoveacute vyacutestupy

1 analogovyacute vyacutestup

Vstupniacute napětiacute 110V AChellip 240V AC

Vstupniacute proud 60 mA

Logickaacute 0 0hellip 40V AC

helliphelliphelliphelliphellip 1 74hellip 265V AC

Tab 22 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX122-FBP [1]

Pomocnyacute rozšiřovaciacute modul se k UMC100 připojiacute na svorky Ca a Cb patrneacute na (Obr 21)

Připojeniacute lze proveacutest prostou kroucenou dvoulinkou Vzhledem k omezenyacutem prostoraacutem

rozvaacuteděčů kam je UMC100 instalovaacuteno je možneacute připojit rozšiřovaciacute modul odděleně od

kontroleacuteru a to až do vzdaacutelenosti maximaacutelniacute deacutelky 3m [1] [5]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 23

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezek (Obr 26) opět popisuje svorky a monitorovaciacute prvky DX122

Obr 26 Vnějšiacute popis IO modulu DX122-FBP pro UMC100-FBP

1 releacuteoveacute vyacutestupy (čaacutest 1)

2 releacuteoveacute vyacutestupy (čaacutest 2)

3 analogovyacute vyacutestup

4 komunikačniacute port s UMC

5 popisovyacute štiacutetek

6 digitaacutelniacute vstupy (110V AC- 230V AC)

7 3 stavoveacute LED

zelenaacute ndash zařiacutezeniacute v provozu

žlutaacute ndash vyacutestraha

červenaacute ndash porucha modulu

8 svorky pro napaacutejeniacute 24 V DC

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 24

24 Proudovyacute měřiacuteciacute transformaacutetor

Proudoveacute měřiacuteciacute transformaacutetory sloužiacute pro měřeniacute většiacutech hodnot střiacutedavyacutech proudů než je

dovoleno měřiacuteciacutem přiacutestrojem a takeacute ke galvanickeacutemu odděleniacute vedeniacute od měřiacuteciacuteho přiacutestroje

Funkce je založena na principu elektromagnetickeacute indukce Primaacuterniacute vinutiacute je tvořeno silovyacutem

vodičem měřeneacuteho vedeniacute Průchodem proudu primaacuterniacutem vedeniacutem se v magnetickeacutem obvodu

(jaacutedru) vytvaacuteřiacute magnetickyacute tok Φ a na zaacutekladě Faradayova zaacutekona elektromagnetickeacute indukce se

v sekundaacuterniacutem vinutiacute indukuje napětiacute Na sekundaacuterniacute vinutiacute je připojena měřiacuteciacute soustava

Obr 27 Magnetizačniacute charakteristika feromagnetickeacuteho materiaacutelu

Z průběhu magnetizačniacute charakteristiky feromagnetickeacuteho materiaacutelu (zaacutevislosti magnetickeacute

indukce na intenzitě magnetickeacuteho pole ) je patrnyacute stav kdy dojde k nasyceniacute magnetickeacuteho

obvodu transformaacutetoru Při nasyceniacute dochaacuteziacute ke změně vlastnostiacute feromagnetickeacuteho materiaacutelu

a křivka se od lineaacuterniacuteho průběhu odklaacuteniacute (tzv koleno magnetizačniacute křivky)

Obr 28 Měřiacuteciacute transformaacutetor proudu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 25

241 Externiacute proudovyacute transformaacutetor CTs

Externiacute přiacutestrojovyacute transformaacutetor proudu (daacutele jen PTP) se použiacutevaacute v přiacutepadě je-li jmenovityacute

proud motoru vyššiacute než 63A tzn sloužiacute k přizpůsobeniacute proudoveacuteho rozsahu na hodnotu kterou

je schopno UMC změřit UMC100 je schopneacute pracovat pomociacute sveacuteho vnitřniacuteho transformaacutetoru

proudu s proudem 024A až 63A Použitiacutem externiacuteho proudoveacuteho transformaacutetoru je možneacute měřit

až do hodnoty 850A PTP k UMC100 majiacute převod 1854 3104 5004 a 8504 Sekundaacuterniacutemu

vinutiacute odpoviacutedajiacute 4A což uvaacutediacute popis jednotlivyacutech typů proudovyacutech transformaacutetorů uvedenyacutech v

Tab 23 (čiacuteslo uvedeneacute za lomiacutetkem) např CTxLxxxR4 PTP maacute definovanou třiacutedu přesnosti

3 v celeacutem rozsahu měřeneacuteho proudu K nasyceniacute magnetickeacuteho obvodu transformaacutetoru dochaacuteziacute

přibližně při osminaacutesobku jmenoviteacuteho proudu In Transformaacutetor je navržen s třiacutedou přesnosti

5P10 to znamenaacute že je deklarovaacutena průměrnaacute chyba menšiacute než 5 při 10 naacutesobku jmenoviteacute

hodnoty proudu

Typ Rozsah měřeneacuteho proudu

[A] Max proud CT

[A]

CT4L185R4 60 až 185 1480

CT4L310R4 180 až 310 2480

CT5L500R4 300 až 500 4000

CT5L850R4 500 až 850 6800

Tab 23 Typy externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů s měřenyacutem rozsahem proudu [1]

Přiacuteklad zvoleniacute přiacuteslušneacuteho proudoveacuteho transformaacutetoru

Maacuteme-li asynchronniacute motor se jmenovityacutem proudem napřiacuteklad In =190 A a rozběhovyacutem proudem

pak

(241)

Podle jmenoviteacuteho proudu motoru In ležiacuteciacuteho v rozsahu měřeneacuteho proudu přiacuteslušneacuteho CT

určiacuteme typ CT Nachaacuteziacute-li se jmenovityacute proud na mezi některeacuteho z měřenyacutech rozsahů CT voliacute se

takovyacute transformaacutetor kteryacute maacute většiacute hodnotu maximaacutelniacuteho proudu než vyacuteslednyacute proud

vypočtenyacute Pro přiacutepad kdy In = 190 A je zvolenyacute typ CT4L310R4 Maximaacutelniacute proud Imax splňuje

požadavek kdy Imax lt max proud CT [1]

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezky představujiacute konstrukce externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 26

Obr 29 Konstrukce CT4L185R4 a CT4L310R4 [3]

Obr 210 Konstrukce CT5L500R4 a CT5L850R4 [3]

Zapojeniacute svorkovnice proudoveacuteho transformaacutetoru CTxLxxxR4 a propojeniacute s integrovanyacutem

proudovyacutem transformaacutetorem UMC100 Na Obr 211 je takeacute ukaacutezka zapojeniacute měřiacuteciacuteho modulu

VI150 na přiacutevodniacutech faacuteziacutech motoru a dodrženyacutem spraacutevnyacutem sledem faacutezovyacutech vodičů

Obr 211 UMC100-FBP s CT a VI150 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 27

Obecně platiacute že vyacutevody sekundaacuterniacuteho vinutiacute měřiacuteciacuteho transformaacutetoru proudu jsou buď

zapojeny na zaacutetěž nebo jsou propojeny do zkratu a jeden z vyacutevodů je uzemněn Princip je patrnyacute

z Obr 212 V praxi dochaacuteziacute k několika chybaacutem způsobenyacutech neznalostiacute problematiky Jednou

může byacutet neuzemněniacute jedneacute ze svorek sekundaacuterniacuteho vinutiacute Pak vznikaacute kapacitniacute vazba a

sekundaacuterniacute vinutiacute v nepřiacutezniveacutem přiacutepadě může vysokyacutem napětiacutem termionicky působit - jiskřit na

kostru Při delšiacutem trvaacuteniacute jiskřiveacuteho vyacuteboje v jednom miacutestě se mohou vytvořit vodiveacute cesty a dojiacutet

k průrazu izolace vodiče k nežaacutedouciacutemu potenciaacutelu [8]

Obr 212 Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů proudu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 28

25 Monitorovaciacute zařiacutezeniacute zemniacuteho spojeniacute CEM11-FBP

Monitorovaciacute zařiacutezeniacute CEM11 sloužiacute pro sledovaacuteniacute svodovyacutech proudů respektive zemniacutech

poruch způsobenyacutech nejčastěji poškozenou izolaciacute Detekovaacuteniacute takoveacuteto zemniacute poruchy vede

k odpojeniacute motoru aby nedošlo k jeho většiacutemu poškozeniacute nebo vede k upozorněniacute obsluhy

Možneacute použitiacute je jak v siacutetiacutech uzemněnyacutech tak i neuzemněnyacutech

Průvlečneacute oko je tvořeno toroidniacutem transformaacutetorem kteryacutem jsou vedeny všechny 3 faacutezoveacute

vodiče motoru Zařiacutezeniacute hliacutedaacute to aby součet faacutezorů proudů byl nulovyacute Jakmile dojde k zemniacutemu

spojeniacute tzn součet faacutezorů proudů je nenulovyacute integrovanaacute elektronika CEM11 sepne nebo

rozepne vyacutestup Vyacutestup z CEM11 pracuje jako kontakt kteryacute detekovanou hodnotou proudu

sepne nebo rozepne 24V DC jenž poteacute může byacutet připojeno jako např digitaacutelniacute vstup do UMC

Nastaveniacute zpožděniacute sepnutiacute varovaacuteniacute nebo odpojeniacute lze zvolit v UMC a to v rozsahu od 01s ndash

255s Nastaveniacute citlivosti spiacutenaacuteniacute je možneacute v několika krociacutech Poloha přepiacutenače (0-7) s toleranciacute

na pozici 0 cca plusmn30 a daacutele vždy s toleranciacute cca plusmn10

CEM11 je možneacute uložit spolu s ostatniacutemi komponenty na DIN lištu normovaneacuteho rozměru

35mm nebo pomociacute přiacutedavneacuteho klipu pro nejmenšiacute rozměr CEM11-FBP20 [1]

Průměr průvlečneacuteho

oka [mm]

Proudovyacute rozsah

[mA]

20 80 - 1700

35 100 - 3400

60 120 - 6800

120 240 - 13600

Tab 24 Rozměry vyraacuteběnyacutech CEM11-FBPs udaacutevanyacutemi hodnotami svodovyacutech proudů

Obr 213 Zapojeniacute CEM11-FBP do obvodu [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 29

26 Napaacutejeciacute zdroj

Pro napaacutejeniacute modulů UMC100 DX122 a VI150 sloužiacute zdroj typu CP-D 2413 Jednaacute se o

napaacutejeciacute zdroj kteryacute na sveacutem vyacutestupu dovoluje regulaci napětiacute 24-28V DC s toleranciacute plusmn 1

Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute je umožněna z důvodu připojeniacute modulů na dlouheacute vedeniacute kde

vznikajiacute uacutebytky napětiacute praacutevě vlivem deacutelky vedeniacute Zpravidla klesne-li na vedeniacute napětiacute od

jednoho zdroje na ktereacutem je nastaveno maximaacutelniacute vyacutestupniacute napětiacute pod minimaacutelniacute hodnotu

potřebnou pro napaacutejeniacute modulu je nutneacute použiacutet dalšiacute napaacutejeciacute zdroj Maximaacutelniacute proud zdroje je

Imax = 13A a jmenovityacute vyacutestupniacute vyacutekon 30W Tento typ zdroje je diacuteky svyacutem modulaacuterniacutem

rozměrům možneacute umiacutestit na DIN lištu (EN50022-35) [6]

Naacutesledujiacuteciacute zatěžovaciacute charakteristika znaacutezorňuje zaacutevislost svorkoveacuteho napětiacute zdroje na

odebiacuteraneacutem proudu pro teplotu T=25degC

Obr 214 Zatěžovaciacute charakteristika zdroje CP-D 2413[6]

Obr 215 Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 30

27 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

Tento modul poskytuje komunikaci pro FieldBusPlug zařiacutezeniacute jako je např UMC100

s počiacutetačem prostřednictviacutem siacutetě Ethernet K MTQ22 lze připojit až 4 zařiacutezeniacute pro uacutesporu

naacutekladů Naacutesledujiacuteciacute popis je vztažen k Obr 216 kde jsou znaacutezorněny jednotliveacute čaacutesti modulu

1 konektory s označeniacutem X1 až X4 sloužiacute pro připojeniacute až 4 zařiacutezeniacute FBP

2 LED diody pro signalizaci aktuaacutelniacuteho stavu komunikace

3 micro USB konektor s označeniacutem X5 pro připojeniacute a konfiguraci pomociacute PC

4 dvě RJ45 zaacutesuvky s označeniacutem E1 a E2 pro připojeniacute pomociacute Ethernetoveacuteho kabelu

5 konektor pro připojeniacute 24V DC napaacutejeciacuteho napětiacute nese označeniacute X6

Obr 216 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 31

OCHRANNEacute FUNKCE 3Kontroleacuter nabiacuteziacute velkeacute množstviacute ochrannyacutech funkciacute potřebnyacutech pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacuteho chodu

motoru Některeacute funkce jsou aktivniacute pouze po čaacutest běhu motoru typicky při startu motoru jineacute

po jeho rozběhu Naacutesledujiacuteciacute tabulka (Tab 31) nastiacuteniacute přehled nejdůležitějšiacutech ochran motoru a

čas kdy jsou aktivovaacuteny

Ochrannaacute funkce Aktivniacute

Při tepelneacutem přetiacuteženiacute Vždy

Při zablokovaneacutem rotoru Při startu motoru

Při proudoveacutem přetiacuteženiacute Po startu

Při proudoveacutem podtiacuteženiacute Po startu

Sled faacuteziacute Vždy

Při faacutezoveacute nesymetrii Vždy

Při ztraacutetě faacuteze Vždy

PTC ochrana Vždy

Při zemniacutem spojeniacute Vždy po spuštěniacute

Při napěťovyacutech špičkaacutech Vždy

Při harmonickeacutem zkresleniacute Vždy

Tab 31 Ochranneacute funkce [1]

Nastaveniacute parametrů jednotlivyacutech ochran probiacutehaacute pomociacute UMC100-PAN

31 Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute

UMC100 disponuje nastavitelnyacutem vypiacutenaacuteniacutem při tepelneacutem přetiacuteženiacute podle třiacuted 5E 10E 20E

30E a 40E viz Obr 31 Tyto třiacutedy uvaacutedějiacute poměr mezi aktuaacutelniacutem prochaacutezejiacuteciacutem proudem

motorem I a jmenovityacutem proudem motoru In uvedenyacutem na štiacutetku v zaacutevislosti na maximaacutelniacute době

rozběhu t

Třiacuteda 5E 10E 20E 30E 40E

t [s] 15 3 6 3 12

Tab 32 Třiacutedy přetiacuteženiacute a čas odpojeniacute

Lze hovořit o dvou typech rozběhu motoru

1 normaacutelniacute rozběh - do 10s

2 těžkyacute rozběh - viacutece jak 10s

Při rozběhu zatiacuteženeacuteho motoru se otaacutečky zvyšujiacute z nuloveacute hodnoty na jmenovitou přičemž

dochaacuteziacute k naacuterůstu proudu až na několikanaacutesobek jeho jmenoviteacute hodnoty Zpravidla u většiacutech

motorů byacutevaacute naacuterůst až 10In tudiacutež v tento bdquokritickyacuteldquo okamžik nesmiacute vybavit ochrana na tepelneacute

přetiacuteženiacute Rozběh motoru pro UMC končiacute při poklesu proudu I na hodnotu 135 proudu

jmenoviteacuteho In nebo při dosaženiacute jmenovityacutech otaacuteček nn Udaacutevaneacute časy představuje Tab 32

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 32

311 Určeniacute teploty vinutiacute a vypiacutenaciacute třiacutedy

Podle způsobu určeniacute teploty vinutiacute motoru se ochrany rozlišujiacute na proudově nezaacutevisleacute a

proudově zaacutevisleacute

Proudově nezaacutevisleacute ochrany měřiacute přiacutemo teplotu ve vinutiacute motoru pomociacute vhodneacuteho čidla

teploty zpravidla termistoru Tiacutemto způsobem lze zjistit nedovoleneacute otepleniacute způsobeneacute např

poruchou cirkulace vzduchu kterou proudově zaacutevislaacute ochrana neniacute schopna vyhodnotit

Proudově zaacutevisleacute ochrany vyhodnocujiacute teplotu vinutiacute motoru nepřiacutemo a to prostřednictviacutem

vyacutepočtoveacuteho modelu z provozniacuteho proudu motoru Zvyacutešeniacute provozniacuteho proudu motoru maacute za

naacutesledek otepleniacute ktereacute vede trvaacute-li delšiacute dobu k poškozeniacute nebo zničeniacute motoru Ochrana při

tepelneacutem přetiacuteženiacute ndash TOL chraacuteniacute motor před přehřaacutetiacutem Tepelnyacute model je vypočiacutetaacutevaacuten za chodu i

v klidu motoru a z těchto stavů se pak zjistiacute tepelnaacute kapacita Znalost teacuteto hodnoty vede

k maximalizaci produktivity Funkčnost tepleneacuteho modelu je v souladu s normou

Při použitiacute motoru pro cyklickeacute operace dochaacuteziacute ke schodoviteacutemu zvyšovaacuteniacute teploty motoru Je

zapotřebiacute volit spraacutevnyacute čas intervalu mezi cykly aby nedochaacutezelo k přehřaacutetiacute a zbytečneacutemu

poškozeniacute izolace vinutiacute motoru

Funkce Thermal load (tzv tepelnaacute zaacutetěž) hliacutedaacute poměr aktuaacutelniacuteho prochaacutezejiacuteciacuteho proudu I a

jmenoviteacuteho proudu In motoru Jakmile poměr IIn přesaacutehne 100 začiacutenaacute odpočet TTT a motor

bude odpojen po uplynutiacute nastaveneacute periody Možnost opětovneacuteho spuštěniacute přetiacuteženeacuteho motoru

proběhne po jeho vychladnutiacute To je možneacute nastavit dvěma způsoby [1]

1 Ručně nastavenou periodou během ktereacute je motor blokovaacuten proti spuštěniacute

(ovlivňovaacuteno velikostiacute motoru teplotou prostřediacute kde je motor použit zda je vybaven

ventilaacutetorem či neniacute apod)

2 Nastaveniacutem procentuaacutelniacute hodnoty tepelneacute kapacity do ktereacute nebude moci obsluha

motor spustit (při nastaveniacute 50 nedojde k odblokovaacuteniacute ochrany pokud neklesne

tepelnaacute kapacita pod zadanou hodnotu)

Určeniacute vypiacutenaciacute třiacutedy je představeno na naacutesledujiacuteciacutem přiacutekladu

Maacuteme-li trojfaacutezovyacute asynchronniacute motor o vyacutekonu 22kW poměr IIn = 5 a maximaacutelniacute dobu

rozběhu to = 10s Z přiloženeacuteho grafu vypiacutenaciacutech třiacuted pro studenyacute motor určiacuteme požadovanou

třiacutedu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 33

Obr 31 Vypiacutenaciacute třiacutedy pro UMC100-FBP[1]

Z vyacutesledku je patrneacute že motor budeme vypiacutenat proti přetiacuteženiacute podle třiacutedy 5E jelikož křivka

pro 5E je pod maximaacutelniacute dobou rozběhu to = 10s Pokud by došlo ke zvoleniacute např třiacutedy 10E

hrozilo by poškozeniacute motoru jelikož by na motor působilo přetiacuteženiacute delšiacute dobu než je tomu

dovoleno [10]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 34

32 Ochrana při zablokovaneacutem rotoru

V okamžiku připojeniacute motoru na napaacutejeciacute siacuteť se rotor neotaacutečiacute (n = 0 s = 1) Motor je ve

stavu nakraacutetko a jeho proud je omezen pouze ohmickyacutemi odpory a rozptylovyacutemi reaktancemi

vinutiacute Zaacuteběrnyacute proud I1z dosahuje většinou 4 až 10 x většiacutech hodnot než proud jmenovityacute In

Určit velikost tohoto proudu je možneacute ze vztahu 321

radic

kde

U1 - Vstupniacute napětiacute

R1 - Odpor primaacuterniacuteho vinutiacute

Xr1 - Reaktance statoroveacuteho vinutiacute

Xrsquor20 - Reaktance zabrzděneacuteho rotoru

Rlsquo2s - Celkovyacute činnyacute odpor rotoru

RFe - Činnyacute odpor magnetickeacuteho obvodu

Xm - Reaktance magnetickeacuteho obvodu

I1z - Zaacuteběrnyacute proud

Obr 32 Obvodovyacute model asynchronniacuteho motoru pro jednu faacutezi statoroveacuteho vinutiacute ndash nakraacutetko

Velkyacute zatěžovaciacute moment Mz nebo mechanickaacute porucha může zapřiacutečinit zablokovaacuteniacute rotoru

Ochrannaacute funkce detekuje dlouhou počaacutetečniacute situaci kteraacute je praacutevě důsledkem zmiacuteněnyacutech přiacutečin

UMC100 tiacutemto odpojiacute motor od napaacutejeniacute čiacutemž ho ochraacuteniacute od nadměrneacuteho tepelneacuteho namaacutehaacuteniacute

V uživatelskeacutem prostřediacute je možneacute individuaacutelně nastavit jak maximaacutelniacute proud tak i čas po

ktereacutem dojde k odpojeniacute zablokovaneacuteho motoru Pro experimentaacutelniacute použitiacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy je nastavena hodnota poměru pro odpočet a naacutesledneacute odpojeniacute IIn na 300 [1] [9]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 35

33 Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute zabezpečiacute odpojeniacute motoru vyskytne-li se v obvodu většiacute

hodnota proudu než nastavenaacute jmenovitaacute In Bliacuteže tuto funkci představiacute přiloženyacute průběh Funkce

je aktivniacute až po roztočeniacute motoru v okamžiku rozběhu je neaktivniacute

Princip ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Do okamžiku T1 od zapnutiacute klesne zaacuteběrnyacute proud na hodnotu cca Ix = 135 In V časoveacutem

uacuteseku T1 až T2 dochaacuteziacute k naacuterůstu prochaacutezejiacuteciacuteho proudu motorem V okamžiku T2 překročiacute

proud hodnotu Ivar Tiacutemto okamžikem začne odpočet nastaveneacute doby zpožděniacute tvar kteraacute po

uplynutiacute sepne signalizaci varovaacuteniacute nadproudoveacuteho přetiacuteženiacute Odpočet doby tvar narůstaacute je-li

proud motorem I gt Ivar Jakmile proud I ge Iodp dochaacuteziacute k sepnutiacute čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute todp

Platiacute-li podmiacutenka I ge Iodp a dojde k načteniacute hodnoty todp UMC100 odpojiacute motor od napaacutejeniacute a tiacutem

zabraacuteniacute jeho poškozeniacute

Obr 33 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu přetiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash dosaženiacute vysokeacute proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash dosaženiacute hodnoty proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

34 Ochrana při proudoveacutem podtiacuteženiacute

Jakmile hodnota (činneacuteho) proudu klesne pod nastavenou uacuteroveň kteraacute je pro danyacute proces

typickaacute dojde v UMC100 k vybaveniacute ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a motor odpojiacute od

napaacutejeniacute Tato ochrana se předevšiacutem využiacutevaacute pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacute funkce čerpadla když detekuje

ztraacutetu jeho saacuteniacute či pro paacutesoveacute dopravniacuteky ve vyacuterobniacutech provozech Včasneacute varovaacuteniacute a odpojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 36

motoru snižuje zejmeacutena prostoje vyacuteroby Princip varovaacuteniacute a odpojeniacute je představen na

naacutesledujiacuteciacutem průběhu jak tomu bylo u ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Princip ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute zobrazeneacuteho průběhu

Po poklesu aktuaacutelniacuteho proudu v okamžiku T1 motor normaacutelně běžiacute V časoveacutem uacuteseku T1 až

T2 dochaacuteziacute k poklesu proudu pod jmenovitou hodnotu In až na nastavenou hodnotu Ivar Při

dosaženiacute teacuteto hodnoty začne odpočet varovaacuteniacute proudoveacuteho podtiacuteženiacute Nepřesaacutehne-li proud za

dobu kratšiacute než tvar mez Ivar (tzn nevzroste-li se zpět k In) dojde ke spuštěniacute signalizace

proudoveacuteho podtiacuteženiacute Při pokračujiacuteciacutem poklesu proudu jak je patrneacute v časoveacutem intervalu T2-T3

až na mez Iodp dojde k čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute Při překročeniacute nastaveneacute doby todp a za

podmiacutenky že proud I le Iodp UMC100 motor odpojiacute od napaacutejeciacute siacutetě

Obr 34 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash niacutezkaacute proudovaacute uacuteroveň kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash hodnota proudu kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

Popis funkce ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute blokoveacuteho scheacutematu

Signaacutel Istart představuje hodnotu proudu po startu motoru- log 1(tzn Signalizace motoru v

chodu) Tento signaacutel tvořiacute vstup logickeacuteho hradla AND (1) Funkci tohoto hradla znaacutezorňuje

přiloženaacute tabulka Tab 33 Druhyacute vstup signalizuje aktuaacutelniacute hodnotu proudu kteraacute motorem

proteacutekaacute Je-li proud IltIvar detekuje hradlo AND druhou logickou jedničku a hradlo vybaviacute podle

přiloženeacute tabulky Tento signaacutel z hradla aktivuje časovač zpožděniacute varovaacuteniacute Po uplynutiacute

nastaveneacuteho časoveacuteho uacuteseku signalizuje podtiacuteženiacute Dochaacuteziacute-li staacutele k poklesu proudu až do

uacuterovně kdy IltIodp pak na druheacutem logickeacutem hradle AND (2) budou na vstupu log 1 Sepne

čiacutetaacuteniacute zpožděniacute vypnutiacute a po uplynutiacute doby UMC motor vypne

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 37

Obr 35 Blokoveacute scheacutema ochrany proti proudoveacutemu podtiacuteženiacute [1]

Vstup Vyacutestup

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

Tab 33 Princip funkce logickeacuteho hradla AND

341 Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek

Při chodu asynchronniacuteho motoru odebiacuteraacute stroj ze siacutetě jalovyacute proud kteryacute je potřebnyacute pro

vytvořeniacute magnetizace hlavniacuteho magnetickeacuteho obvodu Tento tzv magnetizačniacute proud je

nezaacutevislyacute na zatiacuteženiacute stroje Uplatněniacute nalezne zejmeacutena při chodu napraacutezdno a maleacutem zatiacuteženiacute

kdy je uacutečiniacutek motoru niacutezkyacute Motor maacute tedy nejleacutepe pracovat při plneacutem zatiacuteženiacute[11]

Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek jsou důležiteacute parametry pro detekovaacuteniacute niacutezkeacute zaacutetěže nebo situace bez

zaacutetěže např uzavřenyacute ventil Pomociacute napěťoveacuteho modulu VI15x a UMC je měřeno sdruženeacute

(faacutezoveacute) napětiacute faacutezovyacute proud čili i faacutezovyacute posuv mezi proudem a napětiacutem - cos φ Pomociacute těchto

parametrů je UMC schopneacute analogicky spočiacutetat hodnotu činneacuteho přiacutekonu

radic

Poklesne-li poteacute činnyacute přiacutekon pod nastavenou procentuaacutelniacute hodnotu P (př 85 Pn) motor vypne

tj bude-li PPn le 085

Experimentaacutelniacutem měřeniacutem v raacutemci laboratorniacute uacutelohy byla pomociacute přiacutestroje Yokogawa WT1800

změřena zaacutevislost uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute motoru Z vyacutesledneacuteho grafu (Obr 37) je

patrneacute že se snižovaacuteniacutem zatiacuteženiacute rotoru klesaacute velikost uacutečiniacuteku Naměřeneacute hodnoty pro konstrukci

grafu jsou uvedeny v přiacuteloze

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 38

Obr 36 Charakteristiky asynchronniacuteho motoru při zatiacuteženiacute [11]

Obr 37 Graf zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti P2

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

01

02

03

04

05

06

07

08

09

0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000

P1 [

W]

cos

ϕ [

-]

P2 [W]

P2 P1 Q1

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 39

35 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

Princip ochrany

Je-li poměr nejnižšiacuteho proudu (Imin) a nejvyššiacuteho proudu (Imax) ve faacuteziacutech nad nastavenou

uacuterovniacute pro varovaacuteniacute sepne signalizace ztraacutety faacuteze Jakmile ovšem tento poměr překročiacute

nastavenou hodnotu pro odpojeniacute motoru sepne zpožděniacute vypnutiacute a podle nastaveneacute třiacutedy

přetiacuteženiacute motor po uplynutiacute časoveacuteho intervalu odpojiacute

Funkce faacutezoveacute nesymetrie je aktivniacute pouze tehdy je-li proud ve všech třech faacuteziacutech gt 25 In

(jmenoviteacuteho proudu) [1]

Naacutesledujiacuteciacute rovnice představuje vyacutepočet procentuaacutelniacuteho poměru proudu pro vypnutiacute motoru při

uacuteplneacute ztraacutetě faacuteze

(

)

36 Ochrana sledu faacuteziacute

Ochrana sledu faacuteziacute hliacutedaacute zejmeacutena spraacutevnyacute směr otaacutečeniacute motoru Důležiteacute pro použitiacute teacuteto

ochrany je miacutesto zapojeniacute napěťoveacuteho modulu VI15x Pokud by byl modul zapojen za stykači

nastala by chyba při reverzniacutem zapojeniacute Na stykačiacutech dochaacuteziacute zapojeniacutem k zaacuteměně dvou

faacutezovyacutech vodičů a tiacutem i změně směru otaacutečeniacute motoru UMC s pomociacute VI150 vyhodnotiacute situaci

jako chybovou a vypne motor Napěťovyacute modul se tedy zpravidla umiacutesťuje hned za hlavniacute jistiacuteciacute

prvek viz Obr 44

37 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Jedno z největšiacutech nebezpečiacute pro motor představuje ztraacuteta jedneacute napaacutejeciacute faacuteze Chod na 2

napaacutejeciacute faacuteze zatěžuje motor na tepelneacute uacutečinky proudu vlivem zvyacutešeniacute proudu ve zbylyacutech 2

faacuteziacutech UMC100 v tomto přiacutepadě vypiacutenaacute motor podle předem stanovenyacutech časovyacutech intervalů

Intervaly vypnutiacute jsou stejneacute jako pro ochranu proti proudoveacutemu přetiacuteženiacute (Tab 32) a

odpoviacutedajiacute nastaveneacute třiacutedě přetiacuteženiacute Tuto ochranu dřiacuteve zajišťovalo tepelneacute releacute ktereacute v tomto

přiacutepadě nemusiacute byacutet použito

38 PTC ochrana

381 Termistor

Termistor je polovodičovyacute nelineaacuterniacute dvojpoacutel jehož odpor se měniacute v zaacutevislosti na teplotě

prostřediacute ve ktereacutem pracuje Jeho vyacutehodou je že velmi rychle a citlivě reaguje na změnu teploty

Rozlišujeme zpravidla 2 druhy termistorů

1 NTC (Negative Temperature Coefficient) - termistor se zaacutepornyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou klesaacute jeho odpor (roste elektrickaacute vodivost a proud)

2 PTC (Positive Temperature Coefficient) ndash termistor s kladnyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou jeho odpor roste

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 40

Obr 38 Zaacutevislost odporu termistoru na teplotě

Použitiacute termistorů

NTC termistory se použiacutevajiacute zpravidla k měřeniacute teploty PTC se nejčastěji využiacutevaacute

v kuchyňskyacutech spotřebičiacutech kde je požadovaacutena konstantniacute teplota v termostatech a pro hliacutedaacuteniacute

teploty vinutiacute motorů

382 Princip PTC ochrany v UMC

Ochrana obecně spadaacute do skupiny proudově nezaacutevislyacutech ochran Pro připojeniacute PTC

termistoru sloužiacute na UMC100 svorky s označeniacutem T1 a T2 PTC zvyšuje svůj odpor s rostouciacute

teplotou proto je možneacute ho použiacutet pro hliacutedaacuteniacute teploty např vinutiacute statoru UMC je schopneacute

vyhodnotit tuto změnu odporu a vydaacute signaacutel k odpojeniacute motoru od siacutetě [7]

39 Ochrana při zemniacutem spojeniacute

Ochrana při zemniacutem spojeniacute spočiacutevaacute v ochraně motoru siacutetě a technologie při nežaacutedouciacutech

vlivech způsobenyacutech zejmeacutena staacuternutiacutem izolace a jejiacutem zhoršenyacutem izolačniacutem uacutečinkem

Naacutesledkem přetěžovaacuteniacute vedeniacute vlhkostiacute kondenzaciacute vody v elektrickeacutem zařiacutezeniacute nebo vrstvou

vodiveacuteho prachu jsou praacutevě zhoršeneacute vlastnosti izolačniacuteho materiaacutelu To vede k nechtěneacutemu

zemniacutemu spojeniacute Zemniacute spojeniacute je monitorovaacuteno pomociacute UMC spolu se zařiacutezeniacutem CEM11 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 41

DEMONSTRAČNIacute PŘIacutePRAVEK 4

41 Naacutevrh přiacutepravku

Pro demonstraci UMC100 a dalšiacutech prvků řady produktů od společnosti ABB sro byl

navržen přiacutepravek pomociacute software AutoCAD a Inventor Professional kteryacute byl poteacute zrealizovaacuten

a oživen Nosnaacute konstrukce (Obr 41) je vyrobena z jӓckelu o rozměru 25x25mm

Obr 41 Nosnaacute konstrukce

Čelniacute panel tvořiacute plech s rozměry 500x400mm a tloušťky 2mm Plech je osazen

rozvaděčovyacutemi kanaacutely 25x60mm a všemi potřebnyacutemi komponentami pro realizaci zapojeniacute

Vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho panelu s otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky a ovlaacutedaciacute tlačiacutetka motoru je na

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

Seznam použityacutech komponent Vyacuterobce

3-poacutelovyacute jistič C16 OEZ

Pojistkoveacute pouzdro RSP 4 Elektro Bečov

Komunikačniacute modul MTQ22-FBP ABB

Motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP ABB

Napěťovyacute modul VI150-FBP ABB

Rozšiřovaciacute modul DX122-FBP ABB

Ministykač LC1K09(LC1K12) Schneider Electric

Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A ABB

Rozvaděčovyacute kanaacutel 25x60mm KOPOS

Přiacutestrojoveacute zdiacuteřky 4mm do panelu AMASS

Tlačiacutetka do panelu 250V1A JIETONG

Tab 41 Seznam použityacutech komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 42

Pro konstrukci je důležiteacute aby navrženyacute panel rozměrově odpoviacutedal všem potřebnyacutem přiacutestrojům

a modulům Pro tuto přiacuteležitost je pomociacute software AutoCAD vytvořen vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho

panelu Obr 43 kteryacute je konstruovaacuten

Navrženyacute nosnyacute plech tloušťky 2mm na ktereacutem jsou umiacutestěny veškereacute komponenty Obr 42

Ve vrchniacute polovině plechu jsou vyvrtaacuteny otvory o průměru 4mm sloužiacuteciacute pro uchyceniacute

rozvaděčoveacuteho kanaacutelu a DIN lišty Ve středniacute čaacutesti plechu jsou 4 průvlečneacute otvory určeneacute k

průchodu vodičů ze zadniacute čaacutesti plechu (od napaacutejeciacutech svorek) do rozvaděčoveacuteho kanaacutelu na straně

předniacute Pro tuto potřebu jsou stejneacute otvory vyvrtaacuteny takeacute do dna kanaacutelu Ve spodniacute čaacutesti jsou

otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky pomociacute kteryacutech je zajištěno napaacutejeniacute panelu a poteacute napaacutejeniacute motoru

a 3 otvory na ovlaacutedaciacute tlačiacutetka k zajištěniacute ovlaacutedaacuteniacute motoru Uchyceniacute plechu k nosneacute konstrukci

je provedeno samořeznyacutemi šroubky M5 v roziacutech plechu

Obr 42 Naacutevrh plechu panelu

Vyacutekres plechu s udaacuteniacutem koacutet je obsažen v přiacuteloze praacutece viz Obr 01

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 43

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 44

42 Scheacutema zapojeniacute přiacutepravku

Demonstračniacute panel je uzpůsoben pro reverzniacute chod trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 44 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho přiacutepravku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 45

43 Vyacuteslednyacute přiacutepravek

Vyacuteslednyacute osazenyacute a zapojenyacute přiacutepravek určenyacute pro laboratorniacute uacutelohu doplněnyacute vhodnyacutemi

štiacutetky pro ovlaacutedaacuteniacute a zapojeniacute napaacutejeciacute siacutetě (VSTUP) a motoru (VYacuteSTUP)

Obr 45 Demonstračniacute přiacutepravek

Zadniacute čaacutest panelu s izolovaacuteniacutem konektorů FASTON pomociacute teplem smrštitelneacute bužiacuterky před

nebezpečnyacutem dotykem živeacute čaacutesti

Obr 46 Zadniacute pohled

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 46

44 Demonstračniacute kufr pro ABB

Pro společnost ABB sro byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 prezentujiacuteciacute

jeho možnosti Zaacutekladniacutem požadavkem naacutevrhu bylo řešeniacute pomociacute jednofaacutezoveacuteho napaacutejeniacute

Jelikož UMC100 je uzpůsobeno pro chod trojfaacutezovyacutech motorů je použit frekvenčniacute měnič

ACS50 kteryacute nabiacuteziacute při napaacutejeniacute pomociacute jednofaacutezoveacute siacutetě na sveacutem vyacutestupu napětiacute 3x230V50Hz

Pro digitaacutelniacute vstupy UMC100 a rozšiřovaciacuteho modulu DX111 je navrženo použitiacute dvoupoacutelovyacutech

paacutečkovyacutech přepiacutenačů s funkciacute (ON)-OFF-ON s napětiacutem 24V DC K signalizaci aktivniacutech vstupů

a vyacutestupů je navrženo použitiacute zelenyacutech signaacutelek Ovlaacutedaciacute panel kufru obsahuje spiacutenače pro

simulaci ztraacutety napaacutejeciacute faacuteze motoru potenciometr k simulaci faacutezoveacute nesymetrie daacutele červenou

signaacutelku pro signalizaci poruchovyacutech stavů a žlutou pro chod motoru Všechny přepiacutenače a

signaacutelky jsou přiacutestupneacute uživateli prostřednictviacutem navrženeacuteho ovlaacutedaciacuteho panelu kteryacute současně

posloužiacute jako kryt kufru (Obr 02) Jelikož pro přenosnyacute kufr neniacute nejvhodnějšiacute použitiacute

asynchronniacuteho motoru je proto použit 6-poacutelovyacute synchronniacute motor s přiacutekonem 23VA

vyacutestupniacutem vyacutekonem 105W a jmenovityacutem proudem 100mA

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 47

Obr 47 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho kufru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 48

SIMULACE OCHRAN 5Kapitola obsahuje soupis simulaciacute ochran ktereacute jsou demonstrovaacuteny v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jež se zabyacutevaacute problematikou UMC100 Z širokeacute škaacutely ochran jsou vybraacuteny 4 situace ktereacute

se v průmyslu často vyskytujiacute

51 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

K nasimulovaacuteniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii je použit posuvnyacute potenciometr kteryacute je

připojen na svorky (12) Pomociacute potenciometru bude snižovaacutena velikost napětiacute na přiacutevodniacute faacutezi

do motoru (L1) Pro demonstraci ochrany je použit napěťovyacute modul VI150 spolu s UMC100 Na

svorky modulu označeneacute (L1L2 a L3) jsou přivedeny faacuteze v uvedeneacutem sledu Při zvyšovaacuteniacute

odporu rezistoru ve faacutezi dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute napětiacute na přiacutevodniacute svorce (L1) vlivem rostouciacuteho

uacutebytku napětiacute na daneacutem rezistoru Je-li napěťovyacute modul propojen vodičem s UMC a je-li spraacutevně

nastaven UMC vyhodnotiacute po určiteacutem poklesu napětiacute a naacuterůstu proudu ve zbylyacutech dvou faacuteziacutech

(L2 a L3) jako chybovou a vybaviacute Nejprve bude vybaveno varovaacuteniacute a poteacute dojde k odpojeniacute

motoru

52 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze je motor vystaven vysokeacutemu riziku což většinou vede k jeho

zničeniacute Demonstrace ochrany proběhne uacuteplnyacutem odpojeniacutem napaacutejeciacute faacuteze L2 Pro vybaveniacute

ochrany neniacute zapotřebiacute aby byl motor v chodu neboť použitiacute napěťoveacuteho modulu VI150

detekuje nepřiacutetomnost napětiacute faacuteze a vybaviacute Při chodu motoru ochrana vybaviacute od 15s pro třiacutedu

5E a do 12s pro 40E podle nastaveneacute třiacutedy přetiacuteženiacute viz Tab 32 Princip funkce při chodu

motoru spočiacutevaacute v porovnaacuteniacute nejvyššiacute a nejnižšiacute naměřeneacute hodnoty faacutezoveacuteho proudu s

nastavenyacutemi uacuterovněmi Vyacutehodou je že signalizuje varovaacuteniacute ještě před samotnyacutem spuštěniacutem

motoru kdy může nastat stav že je přepaacutelena pojistka a obsluha toto nezaznamenala Mimo

přepaacuteleneacute pojistky se může takeacute jednat o uvolněnyacute nebo opotřebenyacute kontakt

53 Ochrana sledu faacuteziacute

Pro spraacutevnyacute chod motoru a diagnostiku pomociacute kontroleacuteru s použitiacutem napěťoveacuteho modulu je

zapotřebiacute dodržet sled faacuteziacute tzn Faacutezovyacute vodič L1rarrsvorka L1 L2 rarrsvorka L3 a L3rarrsvorka L3

Při zaacuteměně některyacutech faacutezovyacutech vodičů neprodleně vybaviacute ochrana sledu faacuteziacute a neniacute dovoleno

spuštěniacute motoru do okamžiku dokud neniacute obsluhou tento probleacutem vyřešen

54 PTC ochrana

Pro vyhodnocovaacuteniacute teploty vinutiacute statoru motoru sloužiacute termistor PTC Při zvyacutešeniacute teploty

nastaacutevaacute zvyacutešeniacute odporu termistoru (viz Obr 38) a motor odpojiacute Udaacutevanaacute odezva UMC na

změnu odporu je v rozmeziacute R = 34-38kΩ

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 49

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany

Z důvodu ochrany motoru neniacute vhodneacute vystavovat motor zvyacutešeneacute teplotě pro nastiacuteněniacute funkce

PTC ochrany Pro tento uacutečel posloužiacute zhotovenyacute box osazenyacute lineaacuterniacutem potenciometrem

s hodnotou odporu 25kΩ jemuž jsou předřazeny odpory 1kΩ a 330Ω

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 50

LABORATORNIacute UacuteLOHA 6

61 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100

Uacutekolem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute řiacutediacuteciacute a kontrolniacute jednotkou pro

provoz trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru UMC100

Motorovyacute kontroleacuter nabiacuteziacute 3 releacuteoveacute vyacutestupy Tyto vyacutestupy jsou připojitelneacute na napětiacute 230V AC s

maximaacutelniacutem proudem 1A Releacuteoveacute vyacutestupy sloužiacute zejmeacutena pro připojeniacute budiacuteciacutech ciacutevek stykačů

Hlavniacute vstupy jsou tvořeny seacuteriiacute svorek jež je umiacutestěnaacute ve spodniacute čaacutesti kontroleacuteru Svorky nesou

označeniacute (DI0 DI1 hellip DI5) Tyto digitaacutelniacute vstupy pracujiacute s napětiacutem 24V DC a sloužiacute pro

připojeniacute ovlaacutedaciacutech tlačiacutetek jako start motoru stop motoru reverzaci rozběh hvězda-trojuacutehelniacutek

nebo např použitiacute vstupu pro koncovyacute spiacutenač pro připojeniacute pomocnyacutech kontaktů stykačů či

funkci aktuaacutetor kdy je ovlaacutedaacuten pohon ventilu Vše podle nastaveniacute uživatele a pracovniacuteho

procesu Vedle hlavniacutech vstupniacutech kontaktů se nachaacuteziacute takeacute jeden vyacutestupniacute s označeniacutem (DO3)

Tento digitaacutelniacute vyacutestup lze využiacutet k připojeniacute 24V DC signalizačniacute kontrolky pro chybovaacute hlaacutešeniacute

modulu UMC100 nabiacuteziacute integrovanyacute vstup pro připojeniacute PTC termistoru Diacuteky PTC jsme

schopni hliacutedat teplotu statoroveacuteho vinutiacute a předejiacutet tiacutem zaacutevažneacutemu poškozeniacute motoru

Hlavniacute obvod

Měřeniacute proudu faacutezovyacutemi vodiči je řešeno pomociacute 3 průvlečnyacutech ok integrovanyacutech v modulu

Tato průvlečnaacute oka jsou měřiacuteciacutemi transformaacutetory proudu navinutyacutemi na toroidniacutem jaacutedře Diacuteky

těmto transformaacutetorům je kontroleacuter schopnyacute měřit proud v rozsahu 024 až 63A Pro vyššiacute

hodnoty proudů až 850A se použiacutevaacute externiacute proudovyacute transformaacutetor

Možnost rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru

UMC se v průmyslovyacutech aplikaciacutech nejčastěji použiacutevaacute s využitiacutem napěťoveacuteho a rozšiřovaciacuteho

(vstupně-vyacutestupniacuteho) modulu Pro laboratorniacute uacutelohu je použit napěťovyacute modul VI150 a

rozšiřovaciacute modul DX122 jenž jsou připojeny k UMC pomociacute UMCIO-CAB přes svorky

s označeniacutem Ca a Cb

Napěťovyacute modul VI150

K demonstraci kontroleacuteru je použit modul s označeniacutem VI150 Zařiacutezeniacute disponuje konektory pro

připojeniacute faacutezovyacutech vodičů (L1 L2 a L3) a je schopneacute měřit hodnotu sdruženeacuteho napětiacute siacutetě

S naměřenyacutemi hodnotami faacutezoveacuteho proudu pomociacute UMC dostaacutevaacuteme takeacute hodnotu faacutezoveacuteho

posuvu mezi napětiacutem a proudem tedy uacutečiniacuteku cos φ Z těchto naměřenyacutech parametrů vypočiacutetaacute

řiacutediacuteciacute jednotka kontroleacuteru činnyacute přiacutekon Ovšem pro spraacutevnou detekci napětiacute je nutneacute dodržet

zapojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 51

Vstupně-vyacutestupniacute modul DX122

Modul umožňuje rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru o dalšiacutech 8 digitaacutelniacutech vstupů na napětiacute 110-230V AC 4

releacuteoveacute vyacutestupy a 1 analogovyacute vyacutestup Pomociacute programu ABB Asset Vision Basic je možneacute

přiacutemeacute přiřazeniacute parametrů a programovaacuteniacute UMC100 a takeacute všech zařiacutezeniacute kteraacute jsou vybavena

DTM (Device Type Manager)- naacutestroj pro konfiguraci a spraacutevu zařiacutezeniacute

Komunikačniacute modul MTQ22

O komunikaci mezi UMC a PC se staraacute modul MTQ22 V software vytvořeneacutem pomociacute

vyacutevojoveacuteho prostřediacute LabVIEW lze sledovat aktuaacutelniacute měřeneacute veličiny zobrazenaacute varovaacuteniacute

poruchovyacutech stavů informace o stavu vstupů a vyacutestupů apod

Napaacutejeciacute zdroj

Napaacutejeniacute modulů zajišťuje zdroj CP-D 2413A s regulaciacute vyacutestupniacuteho napětiacute Regulace je možnaacute

v rozpětiacute 24-28V DC Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute zdroje je umožněna z důvodu požadavku

přesneacuteho napětiacute 24V DC Vlivem zatiacuteženiacute (napaacutejeniacute UMC VI a DX) vyacutestupniacute napětiacute zdroje klesaacute

podle zatěžovaciacute charakteristiky přiacuteslušneacuteho zdroje CP-D sloužiacute takeacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacutech

vstupů UMC

Ochranneacute funkce

UMC nenabiacuteziacute pouze možnost měřeniacute faacutezoveacuteho proudu ale takeacute řadu ochran při poruchovyacutech

stavech provozu Nejčastěji v praxi využiacutevanaacute ochrana je ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute kteraacute

je doprovaacutezena varovnou signalizaciacute nastaacutevajiacuteciacute poruchy

Ochrana motoru při proudoveacutem podtiacuteženiacute pracuje na obdobneacutem principu jako předchoziacute ochrana

Kontroleacuter monitoruje hladinu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu Při jeho poklesu pod nastavenou

uacuteroveň maximaacutelniacuteho dovoleneacuteho poklesu (udaacutevaneacute relativně v k jmenoviteacutemu In) dochaacuteziacute k

signalizaci chyby a odpojeniacute motoru od siacutetě

PTC ochrana spočiacutevaacute v hliacutedaacuteniacute teploty statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru pomociacute PTC

termistoru V našem přiacutepadě je použito lineaacuterniacuteho potenciometru kdy se zvyšujiacuteciacutem se odporem

potenciometru simulujeme zvyšujiacuteciacute se teplotu statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru

Při ztraacutetě některeacute napaacutejeciacute faacuteze motoru dochaacuteziacute k okamžiteacutemu blokovaacuteniacute startu motoru

Ochrana sledu faacuteziacute zajistiacute spraacutevneacute zapojeniacute vodičů L1 L2 a L3 ktereacute je slučitelneacute s nastaveniacutem v

UMC

Vlivem přerušovaneacuteho provozu např S3 kdy nedochaacuteziacute v době klidu a odpojeniacute motoru k

poklesu teploty na teplotu okoliacute může vybavit Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute - Thermal

Overload Protection (TOL)

Zablokovaniacute rotoru byacutevaacute způsobeno přiacuteliš vysokyacutem zaacutetěžnyacutem momentem Mz na hřiacutedeli motoru

nebo mechanickou poruchou Kontroleacuter je při startu schopen detekovat tento stav

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 52

62 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute uacutelohy a scheacutema zapojeniacute panelu

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 53

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 54

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha

Štiacutetek použiteacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 64 Štiacutetek motoru

63 Popis scheacutematu zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

Na vstupniacute svorky s označeniacutem VSTUP (L1 L2 L3 N PE) jsou přivedeny přiacuteslušneacute vodiče

z pracovniacuteho stolu Hlavniacute 16A jistič s vypiacutenaciacute charakteristikou typu C sloužiacute pro jištěniacute siloveacute

čaacutesti obvodu Pro jištěniacute napaacutejeciacuteho zdroje CP-D sloužiacute tavnaacute pojistka 2T250V Napěťoveacute

vstupy na modul VI150 jsou jištěny tavnou pojistkou F125250V Posuvnyacute potenciometr

umiacutestěnyacute na faacutezoveacutem vodiči L1 sloužiacute k demonstraci ochrany při faacutezoveacute nesymetrii

Komunikačniacute modul MTQ22 zajišťuje komunikaci mezi UMC a PC kdy prostřednictviacutem

Ethernetoveacute siacutetě jsme schopni čiacutest měřeneacute veličiny

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 55

64 Pracovniacute postup

1 Seznamte se s kontroleacuterem UMC100 a ostatniacutemi komponenty použityacutemi pro laboratorniacute

uacutelohu a se scheacutematem zapojeniacute uacutelohy

2 Připojte elektromotor a vstupniacute svorky na přiacuteslušneacute zdiacuteřky Před připojeniacutem vyacutekonoveacuteho

potenciometru ověřte měřeniacutem jeho minimaacutelniacute a maximaacutelniacute hodnotu odporu a

poznamenejte si je

3 Připojte potenciometr na určeneacute zdiacuteřky označeneacute čiacutesly 1 a 2 a nastavte hodnotu odporu

4 Po kontrole zapojeniacute vyučujiacuteciacutem zapněte pracoviště a nastavte autotransformaacutetor na 100

vyacutestupniacuteho napětiacute Zapněte hlavniacute jistič Kontrola a nastaveniacute komunikace mezi UMC

DX a VI

Nastaveniacute Komunikace se provede přes LCD displej naacutesledujiacuteciacutem způsobem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on

5 Stiskem tlačiacutetka VPŘED nebo VZAD na panelu uvedeme motor do chodu Pro přechod

z jednoho směru do druheacuteho je nutneacute nejprve zastavit motor tlačiacutetkem STOP Při

zastaveniacute je kontroleacuterem motor blokovaacuten po dobu 3s před dalšiacutem spuštěniacutem z důvodu

doběhu motoru Pohybem tlačiacutetek nahoru dolů pomociacute LCD v hlavniacute nabiacutedce - UMC -

můžeme sledovat aktuaacutelniacute proud motoru sdruženeacute napětiacute odebiacuteranyacute přiacutekon ze siacutetě

uacutečiniacutekhellip

6 Při provaacuteděniacute uacutelohy na brzdě (dynamometru) ověřte funkci ochrany při zablokovaacuteniacute

rotoru funkci ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a proudoveacutem přetiacuteženiacute

7 Při vybaveniacute každeacute z ochran zaznamenejte hodnotu kdy vypnula Před novyacutem startem je

důležiteacute přečiacutest zaacuteznam důvodu poruchy a proveacutest reset na panelu UMC100-PAN jinak je

START blokovaacuten

65 Měřeniacute

OCHRANA PŘED PŘEHŘAacuteTIacuteM MOTORU

Potenciometrem označenyacutem PTC je zvyšovaacutena hodnotu odporu do okamžiku kdy dojde

k odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě zapůsobeniacutem PTC ochrany Hodnota odporu potenciometru

při vybaveniacute ochrany je určena měřeniacutem na 341kΩ Odpoviacutedajiacuteciacute hodnotu teploty motoru

odečteme z grafu a hodnoty odporu potenciometru při vypnutiacute

Do tabulky zapište změřenou hodnotu odporu potenciometru při vypnutiacute Při teacuteto hodnotě odporu

odečtěte teplotu motoru z grafu Ziacuteskanou teplotu porovnejte s vypočtenou teplotou motoru

Tabulka naměřenyacutech a vypočtenyacutech hodnot

R ϑg R0 ϑ

[Ω] [degC] [Ω] [degC]

3410 136 1320 13626

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 56

Vyacutepočet vychaacuteziacute ze vztahu pro zaacutevislost elektrickeacuteho odporu vodiče na teplotě

(651)

kde

(652)

Po uacutepravě pak

α - teplotniacute součinitel elektrickeacuteho odporu (K-1

) (α = 001162 K-1

)

R0 - odpor potenciometru v zaacutekladniacute poloze

R - odpor potenciometru při vybaveniacute ochrany

ϑg - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute odečtenaacute z grafu

ϑ - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute ndash vypočtenaacute

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

R [

Ω]

ϑ [degC]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 57

Vinutiacute motoru je izolovaacuteno izolaciacute třiacutedy F (155)

Třiacuteda izolace A E B F H

Okolniacute teplota [degC] 40 40 40 40 40

Povolenyacute naacuterůst teploty [degC] 60 75 80 105 125

Teplotniacute rezerva 5 5 10 10 15

Konečnaacute teplota 105 120 130 155 180

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru [12]

OCHRANA PŘED NESPRAacuteVNYacuteM SLEDEM FAacuteZIacute

Nedodrženiacutem sledu napaacutejeciacutech faacutezovyacutech vodičů (zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů svorek L2 a L3)

jak je nastaveno v UMC provaacutediacute napěťovyacute modul blokaci startu motoru V tomto přiacutepadě

vybavuje neprodleně ochrana sledu faacuteziacute ndashPhase sequence Funkci zaznamenejte do protokolu

OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII

Zvyšovaacuteniacutem odporu vyacutekonoveacuteho potenciometru zapojeneacuteho ve faacutezi L1 (viz scheacutema zapojeniacute

uacutelohy) dochaacuteziacute k simulaci faacutezoveacute nesymetrie siacutetě Motor je odpojen v okamžiku kdy poklesne

hodnota sdruženeacuteho napětiacute mezi faacutezemi L3 a L1 přibližně na hodnotu Us = 380V Velikost

odporu při vybaveniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii činiacute 101Ω Hodnotu nesymetrie zaznamenejte

do protokolu

OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE

Ztraacuteta faacuteze se realizuje pomociacute spiacutenače v pracovniacutem stole kdy odpojiacuteme napaacutejeciacute faacutezi Změřte

čas od odpojeniacute faacuteze L2 do vybaveniacute ochrany při ztraacutetě faacuteze a poznamenejte do protokolu

66 Demonstrace ochran při použitiacute dynamometru

OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU

K testu ochrany při zablokovaacuteniacute rotoru posloužiacute dynamometr jehož hřiacutedel je spojenaacute se hřiacutedeliacute

asynchronniacuteho motoru pomociacute spojky Hřiacutedel dynamometru je poteacute mechanicky zablokovaacutena

Stiskem přiacuteslušneacuteho tlačiacutetka je proveden start motoru a sledovaacuten proud při odpojeniacute motoru od

siacutetě a čas odpojeniacute Proud při vybaveniacute ochrany při mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru dosaacutehl

hodnoty 1978A což odpoviacutedaacute 582In

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute ndash (High current protection)

Pro simulaci proudoveacuteho přetiacuteženiacute maacuteme nastavenou hodnotu odebiacuteraneacuteho proudu na 130 pro

odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě Snižovaacuteniacutem jmenovityacutech otaacuteček motoru pomociacute dynamometru

(bržděniacutem tzn n rarr 0) dochaacuteziacute k naacuterůstu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu I Odpojeniacute nastalo při

odebiacuteraneacutem proudu 447A Nastaveneacute hodnotě (13In ) naacuteležiacute proud 442A Tiacutem lze konstatovat

že vyacutesledek měřeniacute je srovnatelnyacute s hodnotami uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute

Stav proudoveacuteho podtiacuteženiacute nedostatečneacuteho proudoveacuteho zatiacuteženiacute použiacutevanyacute zejmeacutena u čerpadel

je simulovaacuten pomociacute dynamometru kdy je nastavenaacute hodnota poklesu aktuaacutelniacuteho proudu na

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 58

085In a čas odpojeniacute od siacutetě na 10s Po roztočeniacute a zatiacuteženiacute motoru na hodnotu jmenoviteacuteho

proudu jsou pomociacute dynamometru zvyšovaacuteny otaacutečky motoru n Tento proces maacute za naacutesledek

snižovaacuteniacute aktuaacutelniacuteho proteacutekaneacuteho proudu I kdy motor ztraacuteciacute zatiacuteženiacute Nastaveneacute hodnotě

podtiacuteženiacute odpoviacutedaacute aktuaacutelniacute proud 289A Při dosaženiacute teacuteto uacuterovně je spuštěn odpočet a motor za

10s odpojen

67 Vyhodnoceniacute a zaacutevěr

Vyacutesledkem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute technologiiacute pro diagnostiku

veličin při chodu trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru Při demonstračniacute simulaci ochran byly

dosaženy naacutesledujiacuteciacute vyacutesledky PTC ochrana vybavuje při hodnotě odporu 341kΩ Tato hodnota

odpoviacutedaacute teplotě ϑg = 136degC odečteneacute z grafu Vypočtenaacute teplota ϑ = 13626degC Vyacuterobce uvaacutediacute

zapůsobeniacute ochrany při hodnotě odporu v rozsahu 34-38kΩ Zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů L2 a

L3 proběhla okamžitaacute blokace spuštěniacute motoru Faacutezovaacute nesymetrie vybavila při poklesu napětiacute o

5 Ztraacutetou napaacutejeciacute faacuteze proběhlo odpojeniacute motoru v čase t = 15s Čas odpojeniacute odpoviacutedaacute třiacutedě

přetiacuteženiacute 5E kteraacute je nastavena

Při testu za použitiacute dynamometru bylo zjištěno že při zablokovaneacutem rotoru motoru zapůsobil

kontroleacuter při nastaveneacutem přetiacuteženiacute 3In Teacuteto hodnotě naacuteležiacute proud 102A Jelikož je nastavena

třiacuteda přetiacuteženiacute 5E ktereacute naacuteležiacute interval 15s a poteacute odpojeniacute motoru tak během tohoto okamžiku

vzrostla hodnota proudu na 1978A což odpoviacutedaacute 582In Při proudoveacutem přetiacuteženiacute odpoviacutedaly

vyacutesledky měřeniacute nastaveneacute hodnotě přetiacuteženiacute 13In Ve stavu proudoveacuteho podtiacuteženiacute zapůsobila

ochrana spraacutevně dle nastaveneacuteho poklesu proudu na 085In

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 16: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 16

12 Instalace

Samotnyacute koncept uzpůsobenyacute pro tyto aplikace naacutem zapřiacutečiňuje zkraacuteceniacute uacutesiliacute a naacutemahy při

zdlouhaveacutem vodičoveacutem propojeniacute v rozvaacuteděči jelikož veškereacute požadovaneacute ochranneacute

monitorovaciacute a řiacutediacuteciacute funkce jsou integrovaacuteny do jedineacuteho modulaacuterniacuteho zařiacutezeniacute UMC100 je

možneacute diacuteky kompaktniacutemu provedeniacute veškeryacutech jeho komponent jednoduše umiacutestit do stiacutesněnyacutech

prostor vyacutesuvnyacutech rozvaacuteděčů nebo do již použiacutevanyacutech staršiacutech zařiacutezeniacute Jednaacute se o zařiacutezeniacute a

provozy kteraacute prochaacuteziacute modernizaciacute a vyžadujiacute použitiacute noveacute technologie provozu a obohaceniacute o

noveacute způsoby řiacutezeniacute a ochran motorů od zastaralyacutech a vysloužilyacutech elektromagnetickyacutech releacute

Moderniacute motoroveacute kontroleacutery se ovšem nepoužiacutevajiacute pouze pro renovace a modernizace staršiacutech

provozů ale je samozřejmostiacute že noveacute společnosti s vysokyacutem počtem až tisiacutecem motorů saacutehnou

po technologicky vyspěleacutem ochranneacutem a monitorovaciacutem zařiacutezeniacute pro trojfaacutezoveacute asynchronniacute

motory

Montaacutež zařiacutezeniacute do rozvaacuteděče je velice jednoduchaacute Postačiacute pouze všeobecně použiacutevanaacute DIN

lišta (EN50022-35) na kterou se kontroleacuter zasadiacute nebo je možneacute upevněniacute 4 šrouby M4

Demonstrativniacute zasazeniacute na DIN lištu je předvedeno na Obr 11

Obr 11 Instalace UMC100-FBP na DIN lištu[1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 17

TECHNICKEacute VYBAVENIacute UMC100-FBP 2

21 Kompaktniacute zaacutekladniacute jednotka

Zaacutekladniacute jednotka kontroleacuteru obsahuje nejdůležitějšiacute čaacutesti jako je integrovanyacute měřiciacute systeacutem

a 2 seacuterie svorek Tyto svorky tvořiacute vstupy a vyacutestupy kontroleacuteru Jsou tvořeny 6 digitaacutelniacutemi vstupy

24V DC (spodniacute svorky) 1 integrovanyacute vstupem pro připojeniacute PTC termistoru a 4 vyacutestupy (horniacute

svorky) Tyto vyacutestupy tvořiacute 3 vyacutestupniacute releacute a 1 digitaacutelniacute tranzistorovyacute vyacutestup UMC100 takeacute

disponuje třemi LED pro signalizaci stavu technickeacuteho vybaveniacute Umožňuje tedy provoz bez

použitiacute sběrnicoveacuteho systeacutemu a daacutelkoveacute přiřazeniacute parametrů přes řiacutediciacute systeacutem Na Obr 21 je

patrneacute použitiacute konektoru M12

[2]

Obr 21 Vnějšiacute popis UMC100-FBP a s připojenyacutem UMC100-PAN

1 upevňovaciacute očka pro montaacutež 4 šrouby M4 Očka je možneacute odlomit pokud bude zařiacutezeniacute

připevněno na DIN lištu

2 konektory pro připojeniacute odporoveacuteho PTC sniacutemače

3 připojovaciacute svorky pro komunikaci s IO moduly

4 zaacutestrčka M12 pro připojeniacute konektoru FieldBusPlug

5 3 stavoveacute LED kontrolky

zelenaacute ndash motor připraven

žlutaacute ndash motor je v provozu

červenaacute ndash přetiacuteženiacute nebo porucha motoru (hlaacutešeniacute chyby)

6 připojovaciacute svorky pro releacuteoveacute vyacutestupy

(šrouby nepoužiacutevanyacutech svorek musiacute byacutet dotaženy pro zajištěniacute ochrany proti naacutehodneacutemu

vyšroubovaacuteniacute a naacutesledneacutemu kontaktu)

7 konektor pro připojeniacute ovlaacutedaciacuteho LCD panelu Control Panel UMC100-PAN

8 prvniacute dvě svorky sloužiacute pro napaacutejeciacute napětiacute 24V DC 24VDC vyacutestup a DI0 až DI0 jsou

připojovaciacute svorky pro digitaacutelniacute vyacutestupy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 18

9 znaacutezorněnaacute draacuteha proudu pro napaacutejeniacute motoru vodiči o průměru až 11mm což odpoviacutedaacute

průřezu vodiče až 25mm2

211 Stavebniacute bloky

Naacutesledujiacuteciacute scheacutema demonstruje hlavniacute funkčniacute bloky UMC100 a tok dat mezi nimi Obr 22

Hlavniacute blok (Protection) obsahuje prvky souvisejiacuteciacute s ochrannyacutemi prvky Motorovaacute ochrana maacute

vždy vyššiacute prioritu než spiacutenaacuteniacute releacuteovyacutech vyacutestupů Ochrana působiacute přiacutemo na vyacutestup releacute a může

motor zastavit Pokud selže některaacute čaacutest HW zařiacutezeniacute kontrola Hardware Supervision otevře

releacuteoveacute vyacutestupy z bezpečnostniacutech důvodů automaticky Hardware Supervision neniacute možneacute

vyřadit

Měřeniacute proudu poskytuje informace o aktuaacutelniacutem proteacutekajiacuteciacutem proudu motorem kdy zařiacutezeniacute

měřiacute proud v jednotlivyacutech faacuteziacutech a vypočte středniacute hodnotu Naacutestupce původniacuteho kontroleacuteru

UMC22 použiacutevaacute aktuaacutelniacute informace o proudu a takeacute počiacutetaacute odpoviacutedajiacuteciacute teplotu motoru pomociacute

tepelneacuteho modelu Na určiteacute definovaneacute uacuterovni skutečneacute nebo vypočiacutetaneacute teploty dojde k vypnutiacute

motoru z důvodu přetiacuteženiacute

PTC input - tento vstup sloužiacute pro připojeniacute PTC termistoru pro měřeniacute skutečneacute teploty

vinutiacute motoru

Blok (Motor control) obsahuje množstviacute řiacutediacuteciacutech funkciacute Veškereacute přiacutechoziacute přiacutekazy z hlavniacuteho

panelu z digitaacutelniacutech vstupů nebo z FBP rozhraniacute jsou seřazeny a podle nastaveniacute uživatele jsou

poteacute zpracovaacutevaacuteny Blok Starter function řiacutediacute releacuteoveacute vyacutestupy Všechny bloky pracujiacute v logickeacutem

sledu Obvykle majiacute předem definovaneacute aplikace ktereacute budou provaacutedět UMC100 ovšem nabiacuteziacute i

vytvaacuteřeniacute vlastniacutech aplikaciacute [1]

Obr 22 Zaacutekladniacute blokoveacute scheacutema UMC100-FBP a tok dat mezi hlavniacutemi čaacutestmi zařiacutezeniacute [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 19

22 Ovlaacutedaciacute panel UMC100-PAN

UMC100-PAN je LCD panel kteryacutem lze rozšiacuteřit UMC100 o zobrazovaciacute prvek Tento prvek

připojiacuteme na UMC (Obr 21 7 -Konektor pro připojeniacute ovlaacutedaciacuteho LCD panelu Control Panel

UMC100-PAN) Zmiacuteněnyacute typ LCD je možneacute připojit pouze na UMC100 jelikož neniacute

kompatibilniacute se staršiacutem typem UMC22 LCD je předevšiacutem určen pro montaacutež na čelniacutem panelu

nebo na rozvaděči Ovlaacutedaciacute panel sloužiacute k lokaacutelniacutemu zobrazeniacute všech dat Poruchy (errors) a

vyacutestrahy jsou zobrazovaacuteny v nezakoacutedovaneacute podobě Externiacute zaacutevada může byacutet doplněna

individuaacutelniacutem textem např Phase loss Veškereacute parametry je možneacute nastavovat měnit a dle

potřeby chraacutenit přiacutestupovyacutem heslem

Panel sloužiacute pro zobrazeniacute veškeryacutech uacutedajů o obvodu jako např

proud prochaacutezejiacuteciacute motorem (možneacute absolutniacute zobrazeniacute v A nebo relativniacute v )

napětiacute na jednotlivyacutech faacuteziacutech L1-L3 (při použitiacute VI150(5))

aktuaacutelniacute uacutedaje o sepnutyacutech vstupech a vyacutestupech

způsob zapojeniacute motoru-přiacutemyacute chod reverzniacute chodhellip

Při vyacuteskytu přetiacuteženiacute dojde k vybaveniacute ochrany Na LCD je možneacute sledovat časovyacute odpočet

kteryacute zbyacutevaacute do dalšiacuteho možneacuteho uvedeniacute motoru do chodu po vychladnutiacute Po uplynutiacute tohoto

časoveacuteho uacuteseku může byacutet motor opět spuštěn [1]

Obr 23 Popis UMC100-PAN

1 3 stavoveacute LED

zelenaacute ndash zařiacutezeniacute připraveno

žlutaacute ndash zařiacutezeniacute v chodu

červenaacute ndash hlaacutešeniacute poruchy

2 podsviacutecenyacute LCD display

3 vstup do menu ovlaacutedaacuteniacute (Enter Control Menu)

4 vstup do menu nastaveniacute (Enter Configuration Menu)

5 posun nahoru

6 stop motoru

7 posun dolů

8 start motoru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 20

23 Napěťovyacute a rozšiřovaciacute modul

Napěťovyacute VI15x a rozšiřovaciacute (vstupně vyacutestupniacute) modul DX1xx sloužiacute pro možneacute rozšiacuteřeniacute

UMC o dalšiacute vstupy a vyacutestupy v přiacutepadě modulu DX a o měřeniacute napětiacute pomociacute modulu VI

231 Nastaveniacute komunikace

Při použitiacute rozšiřovaciacutech modulů je nejprve nutno pomociacute UMC100-PAN nastavit jejich

připojeniacute Nastaveniacute a uvedeniacute do chodu je provedeno naacutesledujiacuteciacutem způsobem

V hlavniacutem menu (ovlaacutedaacuteniacute pomociacute LCD) vybereme položku IO modules a volbu potvrdiacuteme

přiacuteslušnyacutem tlačiacutetkem Tlačiacutetky Nahoru nebo Dolů vybereme požadovanyacute modul kteryacute chceme

propojit s kontroleacuterem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on [1]

Nastaveniacutem na bdquoonldquo uvedeme moduly do provozu Funkce napěťoveacuteho modulu (VI15x) je

ověřitelnaacute jednoduchyacutem způsobem Pokud nejsou připojeny napaacutejeciacute faacuteze na svorky L1L2 a L3

modulu zařiacutezeniacute hlaacutesiacute chybu z důvodu ochrany při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze [4] [5]

232 VI15x- FBP

VI15x je přiacutedavnyacute napěťovyacute modul sloužiacuteciacute pro měřeniacute sdruženeacuteho popř faacutezoveacuteho napětiacute

motoru Z hodnot proudu měřenyacutech UMC a napětiacute pomociacute VI15x je možno vyhodnotit faacutezovyacute

posuv mezi napětiacutem a proudem Naměřeneacute hodnoty putujiacute skrze komunikačniacute kanaacutel směrem k

UMC100 K propojeniacute s UMC100 sloužiacute piny s označeniacutem Ca a Cb Daacutele modul obsahuje svorky

pro připojeniacute jednotlivyacutech faacutezovyacutech vodičů L1L2 a L3 Pro spraacutevnyacute sled faacuteziacute a jeho detekci musiacute

byacutet dodrženo spraacutevneacute zapojeniacute vzhledem k proudům měřenyacutem v UMC VI150 sloužiacute pro

připojeniacute pouze do uzemněneacute soustavy ( TN-C nebo TN-S) Modul VI155 lze naopak použiacutet jak

pro uzemněneacute soustavy (TN) tak i pro neuzemněneacute (IT) Oba typy sloužiacute k upevněniacute na DIN

lištu [1] [3]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 21

2321 Vnitřniacute struktura VI150-FBP

Obraacutezek přibližuje vnitřniacute strukturu použiteacuteho napěťoveacuteho modulu VI150

Obr 24 Struktura napěťoveacuteho modulu VI150 [3]

Obr 25 Vnějšiacute popis modulu VI150 pro UMC100-FBP

1 konektory pro komunikaci s UMC100 a pro komunikaci s rozšiřovaciacutemi moduly DX111-

FBP a DX122-FBP

2 napěťoveacute vstupy

3 releacuteovyacute vyacutestup

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 22

4 svorky pro připojeniacute napaacutejeciacuteho napětiacute 24VDC

5 3 stavoveacute LED

zelenaacute - zařiacutezeniacute připraveno

žlutaacute - varovaacuteniacute

červenaacute - porucha zařiacutezeniacute

6 popisovyacute štiacutetek

233 DX111-FBP

Modulaacuterniacute zařiacutezeniacute umožňujiacuteciacute rozšiacuteřeniacute UMC100 o dalšiacute pomocneacute vstupy a vyacutestupy

použitelneacute pro různaacute hlaacutešeniacute a vyacutestrahy Digitaacutelniacute vstupy jsou potenciaacuteloveacute s napětiacutem 24V DC

Proto je nutneacute pro ovlaacutedaciacute obvody dodržet napětiacute 24V DC nebo bezpotenciaacuteloveacute kontakty (tj

releacute) připojeneacute ze svorky +24V

Rozšiřovaciacute modul DX111-FBP nabiacuteziacute množstviacute vstupů a vyacutestupů uvedenyacutech v (Tab 21)

Vstupy 8 digitaacutelniacutech vstupů 24V DC

Vyacutestupy 4 releacuteoveacute vyacutestupy

1 analogovyacute vyacutestup

Vstupniacute napětiacute 24V DC

Vstupniacute proud 60 mA

Logickaacute 0 -312hellip+5V DC

helliphelliphelliphellipcv1 +15hellip+312V DC

Tab 21 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX111-FBP [1]

234 DX122-FBP

Multifunkčniacute modul DX122-FBP maacute srovnatelneacute vlastnosti jako předešlaacute DX111 ovšem

rozdiacutel je v tom že DX122 nabiacuteziacute osm digitaacutelniacutech vstupů pro napětiacute 110V až 230V AC

Vstupy 8 digitaacutelniacutech vstupů 110-230V AC

Vyacutestupy 4 releacuteoveacute vyacutestupy

1 analogovyacute vyacutestup

Vstupniacute napětiacute 110V AChellip 240V AC

Vstupniacute proud 60 mA

Logickaacute 0 0hellip 40V AC

helliphelliphelliphelliphellip 1 74hellip 265V AC

Tab 22 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX122-FBP [1]

Pomocnyacute rozšiřovaciacute modul se k UMC100 připojiacute na svorky Ca a Cb patrneacute na (Obr 21)

Připojeniacute lze proveacutest prostou kroucenou dvoulinkou Vzhledem k omezenyacutem prostoraacutem

rozvaacuteděčů kam je UMC100 instalovaacuteno je možneacute připojit rozšiřovaciacute modul odděleně od

kontroleacuteru a to až do vzdaacutelenosti maximaacutelniacute deacutelky 3m [1] [5]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 23

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezek (Obr 26) opět popisuje svorky a monitorovaciacute prvky DX122

Obr 26 Vnějšiacute popis IO modulu DX122-FBP pro UMC100-FBP

1 releacuteoveacute vyacutestupy (čaacutest 1)

2 releacuteoveacute vyacutestupy (čaacutest 2)

3 analogovyacute vyacutestup

4 komunikačniacute port s UMC

5 popisovyacute štiacutetek

6 digitaacutelniacute vstupy (110V AC- 230V AC)

7 3 stavoveacute LED

zelenaacute ndash zařiacutezeniacute v provozu

žlutaacute ndash vyacutestraha

červenaacute ndash porucha modulu

8 svorky pro napaacutejeniacute 24 V DC

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 24

24 Proudovyacute měřiacuteciacute transformaacutetor

Proudoveacute měřiacuteciacute transformaacutetory sloužiacute pro měřeniacute většiacutech hodnot střiacutedavyacutech proudů než je

dovoleno měřiacuteciacutem přiacutestrojem a takeacute ke galvanickeacutemu odděleniacute vedeniacute od měřiacuteciacuteho přiacutestroje

Funkce je založena na principu elektromagnetickeacute indukce Primaacuterniacute vinutiacute je tvořeno silovyacutem

vodičem měřeneacuteho vedeniacute Průchodem proudu primaacuterniacutem vedeniacutem se v magnetickeacutem obvodu

(jaacutedru) vytvaacuteřiacute magnetickyacute tok Φ a na zaacutekladě Faradayova zaacutekona elektromagnetickeacute indukce se

v sekundaacuterniacutem vinutiacute indukuje napětiacute Na sekundaacuterniacute vinutiacute je připojena měřiacuteciacute soustava

Obr 27 Magnetizačniacute charakteristika feromagnetickeacuteho materiaacutelu

Z průběhu magnetizačniacute charakteristiky feromagnetickeacuteho materiaacutelu (zaacutevislosti magnetickeacute

indukce na intenzitě magnetickeacuteho pole ) je patrnyacute stav kdy dojde k nasyceniacute magnetickeacuteho

obvodu transformaacutetoru Při nasyceniacute dochaacuteziacute ke změně vlastnostiacute feromagnetickeacuteho materiaacutelu

a křivka se od lineaacuterniacuteho průběhu odklaacuteniacute (tzv koleno magnetizačniacute křivky)

Obr 28 Měřiacuteciacute transformaacutetor proudu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 25

241 Externiacute proudovyacute transformaacutetor CTs

Externiacute přiacutestrojovyacute transformaacutetor proudu (daacutele jen PTP) se použiacutevaacute v přiacutepadě je-li jmenovityacute

proud motoru vyššiacute než 63A tzn sloužiacute k přizpůsobeniacute proudoveacuteho rozsahu na hodnotu kterou

je schopno UMC změřit UMC100 je schopneacute pracovat pomociacute sveacuteho vnitřniacuteho transformaacutetoru

proudu s proudem 024A až 63A Použitiacutem externiacuteho proudoveacuteho transformaacutetoru je možneacute měřit

až do hodnoty 850A PTP k UMC100 majiacute převod 1854 3104 5004 a 8504 Sekundaacuterniacutemu

vinutiacute odpoviacutedajiacute 4A což uvaacutediacute popis jednotlivyacutech typů proudovyacutech transformaacutetorů uvedenyacutech v

Tab 23 (čiacuteslo uvedeneacute za lomiacutetkem) např CTxLxxxR4 PTP maacute definovanou třiacutedu přesnosti

3 v celeacutem rozsahu měřeneacuteho proudu K nasyceniacute magnetickeacuteho obvodu transformaacutetoru dochaacuteziacute

přibližně při osminaacutesobku jmenoviteacuteho proudu In Transformaacutetor je navržen s třiacutedou přesnosti

5P10 to znamenaacute že je deklarovaacutena průměrnaacute chyba menšiacute než 5 při 10 naacutesobku jmenoviteacute

hodnoty proudu

Typ Rozsah měřeneacuteho proudu

[A] Max proud CT

[A]

CT4L185R4 60 až 185 1480

CT4L310R4 180 až 310 2480

CT5L500R4 300 až 500 4000

CT5L850R4 500 až 850 6800

Tab 23 Typy externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů s měřenyacutem rozsahem proudu [1]

Přiacuteklad zvoleniacute přiacuteslušneacuteho proudoveacuteho transformaacutetoru

Maacuteme-li asynchronniacute motor se jmenovityacutem proudem napřiacuteklad In =190 A a rozběhovyacutem proudem

pak

(241)

Podle jmenoviteacuteho proudu motoru In ležiacuteciacuteho v rozsahu měřeneacuteho proudu přiacuteslušneacuteho CT

určiacuteme typ CT Nachaacuteziacute-li se jmenovityacute proud na mezi některeacuteho z měřenyacutech rozsahů CT voliacute se

takovyacute transformaacutetor kteryacute maacute většiacute hodnotu maximaacutelniacuteho proudu než vyacuteslednyacute proud

vypočtenyacute Pro přiacutepad kdy In = 190 A je zvolenyacute typ CT4L310R4 Maximaacutelniacute proud Imax splňuje

požadavek kdy Imax lt max proud CT [1]

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezky představujiacute konstrukce externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 26

Obr 29 Konstrukce CT4L185R4 a CT4L310R4 [3]

Obr 210 Konstrukce CT5L500R4 a CT5L850R4 [3]

Zapojeniacute svorkovnice proudoveacuteho transformaacutetoru CTxLxxxR4 a propojeniacute s integrovanyacutem

proudovyacutem transformaacutetorem UMC100 Na Obr 211 je takeacute ukaacutezka zapojeniacute měřiacuteciacuteho modulu

VI150 na přiacutevodniacutech faacuteziacutech motoru a dodrženyacutem spraacutevnyacutem sledem faacutezovyacutech vodičů

Obr 211 UMC100-FBP s CT a VI150 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 27

Obecně platiacute že vyacutevody sekundaacuterniacuteho vinutiacute měřiacuteciacuteho transformaacutetoru proudu jsou buď

zapojeny na zaacutetěž nebo jsou propojeny do zkratu a jeden z vyacutevodů je uzemněn Princip je patrnyacute

z Obr 212 V praxi dochaacuteziacute k několika chybaacutem způsobenyacutech neznalostiacute problematiky Jednou

může byacutet neuzemněniacute jedneacute ze svorek sekundaacuterniacuteho vinutiacute Pak vznikaacute kapacitniacute vazba a

sekundaacuterniacute vinutiacute v nepřiacutezniveacutem přiacutepadě může vysokyacutem napětiacutem termionicky působit - jiskřit na

kostru Při delšiacutem trvaacuteniacute jiskřiveacuteho vyacuteboje v jednom miacutestě se mohou vytvořit vodiveacute cesty a dojiacutet

k průrazu izolace vodiče k nežaacutedouciacutemu potenciaacutelu [8]

Obr 212 Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů proudu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 28

25 Monitorovaciacute zařiacutezeniacute zemniacuteho spojeniacute CEM11-FBP

Monitorovaciacute zařiacutezeniacute CEM11 sloužiacute pro sledovaacuteniacute svodovyacutech proudů respektive zemniacutech

poruch způsobenyacutech nejčastěji poškozenou izolaciacute Detekovaacuteniacute takoveacuteto zemniacute poruchy vede

k odpojeniacute motoru aby nedošlo k jeho většiacutemu poškozeniacute nebo vede k upozorněniacute obsluhy

Možneacute použitiacute je jak v siacutetiacutech uzemněnyacutech tak i neuzemněnyacutech

Průvlečneacute oko je tvořeno toroidniacutem transformaacutetorem kteryacutem jsou vedeny všechny 3 faacutezoveacute

vodiče motoru Zařiacutezeniacute hliacutedaacute to aby součet faacutezorů proudů byl nulovyacute Jakmile dojde k zemniacutemu

spojeniacute tzn součet faacutezorů proudů je nenulovyacute integrovanaacute elektronika CEM11 sepne nebo

rozepne vyacutestup Vyacutestup z CEM11 pracuje jako kontakt kteryacute detekovanou hodnotou proudu

sepne nebo rozepne 24V DC jenž poteacute může byacutet připojeno jako např digitaacutelniacute vstup do UMC

Nastaveniacute zpožděniacute sepnutiacute varovaacuteniacute nebo odpojeniacute lze zvolit v UMC a to v rozsahu od 01s ndash

255s Nastaveniacute citlivosti spiacutenaacuteniacute je možneacute v několika krociacutech Poloha přepiacutenače (0-7) s toleranciacute

na pozici 0 cca plusmn30 a daacutele vždy s toleranciacute cca plusmn10

CEM11 je možneacute uložit spolu s ostatniacutemi komponenty na DIN lištu normovaneacuteho rozměru

35mm nebo pomociacute přiacutedavneacuteho klipu pro nejmenšiacute rozměr CEM11-FBP20 [1]

Průměr průvlečneacuteho

oka [mm]

Proudovyacute rozsah

[mA]

20 80 - 1700

35 100 - 3400

60 120 - 6800

120 240 - 13600

Tab 24 Rozměry vyraacuteběnyacutech CEM11-FBPs udaacutevanyacutemi hodnotami svodovyacutech proudů

Obr 213 Zapojeniacute CEM11-FBP do obvodu [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 29

26 Napaacutejeciacute zdroj

Pro napaacutejeniacute modulů UMC100 DX122 a VI150 sloužiacute zdroj typu CP-D 2413 Jednaacute se o

napaacutejeciacute zdroj kteryacute na sveacutem vyacutestupu dovoluje regulaci napětiacute 24-28V DC s toleranciacute plusmn 1

Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute je umožněna z důvodu připojeniacute modulů na dlouheacute vedeniacute kde

vznikajiacute uacutebytky napětiacute praacutevě vlivem deacutelky vedeniacute Zpravidla klesne-li na vedeniacute napětiacute od

jednoho zdroje na ktereacutem je nastaveno maximaacutelniacute vyacutestupniacute napětiacute pod minimaacutelniacute hodnotu

potřebnou pro napaacutejeniacute modulu je nutneacute použiacutet dalšiacute napaacutejeciacute zdroj Maximaacutelniacute proud zdroje je

Imax = 13A a jmenovityacute vyacutestupniacute vyacutekon 30W Tento typ zdroje je diacuteky svyacutem modulaacuterniacutem

rozměrům možneacute umiacutestit na DIN lištu (EN50022-35) [6]

Naacutesledujiacuteciacute zatěžovaciacute charakteristika znaacutezorňuje zaacutevislost svorkoveacuteho napětiacute zdroje na

odebiacuteraneacutem proudu pro teplotu T=25degC

Obr 214 Zatěžovaciacute charakteristika zdroje CP-D 2413[6]

Obr 215 Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 30

27 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

Tento modul poskytuje komunikaci pro FieldBusPlug zařiacutezeniacute jako je např UMC100

s počiacutetačem prostřednictviacutem siacutetě Ethernet K MTQ22 lze připojit až 4 zařiacutezeniacute pro uacutesporu

naacutekladů Naacutesledujiacuteciacute popis je vztažen k Obr 216 kde jsou znaacutezorněny jednotliveacute čaacutesti modulu

1 konektory s označeniacutem X1 až X4 sloužiacute pro připojeniacute až 4 zařiacutezeniacute FBP

2 LED diody pro signalizaci aktuaacutelniacuteho stavu komunikace

3 micro USB konektor s označeniacutem X5 pro připojeniacute a konfiguraci pomociacute PC

4 dvě RJ45 zaacutesuvky s označeniacutem E1 a E2 pro připojeniacute pomociacute Ethernetoveacuteho kabelu

5 konektor pro připojeniacute 24V DC napaacutejeciacuteho napětiacute nese označeniacute X6

Obr 216 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 31

OCHRANNEacute FUNKCE 3Kontroleacuter nabiacuteziacute velkeacute množstviacute ochrannyacutech funkciacute potřebnyacutech pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacuteho chodu

motoru Některeacute funkce jsou aktivniacute pouze po čaacutest běhu motoru typicky při startu motoru jineacute

po jeho rozběhu Naacutesledujiacuteciacute tabulka (Tab 31) nastiacuteniacute přehled nejdůležitějšiacutech ochran motoru a

čas kdy jsou aktivovaacuteny

Ochrannaacute funkce Aktivniacute

Při tepelneacutem přetiacuteženiacute Vždy

Při zablokovaneacutem rotoru Při startu motoru

Při proudoveacutem přetiacuteženiacute Po startu

Při proudoveacutem podtiacuteženiacute Po startu

Sled faacuteziacute Vždy

Při faacutezoveacute nesymetrii Vždy

Při ztraacutetě faacuteze Vždy

PTC ochrana Vždy

Při zemniacutem spojeniacute Vždy po spuštěniacute

Při napěťovyacutech špičkaacutech Vždy

Při harmonickeacutem zkresleniacute Vždy

Tab 31 Ochranneacute funkce [1]

Nastaveniacute parametrů jednotlivyacutech ochran probiacutehaacute pomociacute UMC100-PAN

31 Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute

UMC100 disponuje nastavitelnyacutem vypiacutenaacuteniacutem při tepelneacutem přetiacuteženiacute podle třiacuted 5E 10E 20E

30E a 40E viz Obr 31 Tyto třiacutedy uvaacutedějiacute poměr mezi aktuaacutelniacutem prochaacutezejiacuteciacutem proudem

motorem I a jmenovityacutem proudem motoru In uvedenyacutem na štiacutetku v zaacutevislosti na maximaacutelniacute době

rozběhu t

Třiacuteda 5E 10E 20E 30E 40E

t [s] 15 3 6 3 12

Tab 32 Třiacutedy přetiacuteženiacute a čas odpojeniacute

Lze hovořit o dvou typech rozběhu motoru

1 normaacutelniacute rozběh - do 10s

2 těžkyacute rozběh - viacutece jak 10s

Při rozběhu zatiacuteženeacuteho motoru se otaacutečky zvyšujiacute z nuloveacute hodnoty na jmenovitou přičemž

dochaacuteziacute k naacuterůstu proudu až na několikanaacutesobek jeho jmenoviteacute hodnoty Zpravidla u většiacutech

motorů byacutevaacute naacuterůst až 10In tudiacutež v tento bdquokritickyacuteldquo okamžik nesmiacute vybavit ochrana na tepelneacute

přetiacuteženiacute Rozběh motoru pro UMC končiacute při poklesu proudu I na hodnotu 135 proudu

jmenoviteacuteho In nebo při dosaženiacute jmenovityacutech otaacuteček nn Udaacutevaneacute časy představuje Tab 32

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 32

311 Určeniacute teploty vinutiacute a vypiacutenaciacute třiacutedy

Podle způsobu určeniacute teploty vinutiacute motoru se ochrany rozlišujiacute na proudově nezaacutevisleacute a

proudově zaacutevisleacute

Proudově nezaacutevisleacute ochrany měřiacute přiacutemo teplotu ve vinutiacute motoru pomociacute vhodneacuteho čidla

teploty zpravidla termistoru Tiacutemto způsobem lze zjistit nedovoleneacute otepleniacute způsobeneacute např

poruchou cirkulace vzduchu kterou proudově zaacutevislaacute ochrana neniacute schopna vyhodnotit

Proudově zaacutevisleacute ochrany vyhodnocujiacute teplotu vinutiacute motoru nepřiacutemo a to prostřednictviacutem

vyacutepočtoveacuteho modelu z provozniacuteho proudu motoru Zvyacutešeniacute provozniacuteho proudu motoru maacute za

naacutesledek otepleniacute ktereacute vede trvaacute-li delšiacute dobu k poškozeniacute nebo zničeniacute motoru Ochrana při

tepelneacutem přetiacuteženiacute ndash TOL chraacuteniacute motor před přehřaacutetiacutem Tepelnyacute model je vypočiacutetaacutevaacuten za chodu i

v klidu motoru a z těchto stavů se pak zjistiacute tepelnaacute kapacita Znalost teacuteto hodnoty vede

k maximalizaci produktivity Funkčnost tepleneacuteho modelu je v souladu s normou

Při použitiacute motoru pro cyklickeacute operace dochaacuteziacute ke schodoviteacutemu zvyšovaacuteniacute teploty motoru Je

zapotřebiacute volit spraacutevnyacute čas intervalu mezi cykly aby nedochaacutezelo k přehřaacutetiacute a zbytečneacutemu

poškozeniacute izolace vinutiacute motoru

Funkce Thermal load (tzv tepelnaacute zaacutetěž) hliacutedaacute poměr aktuaacutelniacuteho prochaacutezejiacuteciacuteho proudu I a

jmenoviteacuteho proudu In motoru Jakmile poměr IIn přesaacutehne 100 začiacutenaacute odpočet TTT a motor

bude odpojen po uplynutiacute nastaveneacute periody Možnost opětovneacuteho spuštěniacute přetiacuteženeacuteho motoru

proběhne po jeho vychladnutiacute To je možneacute nastavit dvěma způsoby [1]

1 Ručně nastavenou periodou během ktereacute je motor blokovaacuten proti spuštěniacute

(ovlivňovaacuteno velikostiacute motoru teplotou prostřediacute kde je motor použit zda je vybaven

ventilaacutetorem či neniacute apod)

2 Nastaveniacutem procentuaacutelniacute hodnoty tepelneacute kapacity do ktereacute nebude moci obsluha

motor spustit (při nastaveniacute 50 nedojde k odblokovaacuteniacute ochrany pokud neklesne

tepelnaacute kapacita pod zadanou hodnotu)

Určeniacute vypiacutenaciacute třiacutedy je představeno na naacutesledujiacuteciacutem přiacutekladu

Maacuteme-li trojfaacutezovyacute asynchronniacute motor o vyacutekonu 22kW poměr IIn = 5 a maximaacutelniacute dobu

rozběhu to = 10s Z přiloženeacuteho grafu vypiacutenaciacutech třiacuted pro studenyacute motor určiacuteme požadovanou

třiacutedu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 33

Obr 31 Vypiacutenaciacute třiacutedy pro UMC100-FBP[1]

Z vyacutesledku je patrneacute že motor budeme vypiacutenat proti přetiacuteženiacute podle třiacutedy 5E jelikož křivka

pro 5E je pod maximaacutelniacute dobou rozběhu to = 10s Pokud by došlo ke zvoleniacute např třiacutedy 10E

hrozilo by poškozeniacute motoru jelikož by na motor působilo přetiacuteženiacute delšiacute dobu než je tomu

dovoleno [10]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 34

32 Ochrana při zablokovaneacutem rotoru

V okamžiku připojeniacute motoru na napaacutejeciacute siacuteť se rotor neotaacutečiacute (n = 0 s = 1) Motor je ve

stavu nakraacutetko a jeho proud je omezen pouze ohmickyacutemi odpory a rozptylovyacutemi reaktancemi

vinutiacute Zaacuteběrnyacute proud I1z dosahuje většinou 4 až 10 x většiacutech hodnot než proud jmenovityacute In

Určit velikost tohoto proudu je možneacute ze vztahu 321

radic

kde

U1 - Vstupniacute napětiacute

R1 - Odpor primaacuterniacuteho vinutiacute

Xr1 - Reaktance statoroveacuteho vinutiacute

Xrsquor20 - Reaktance zabrzděneacuteho rotoru

Rlsquo2s - Celkovyacute činnyacute odpor rotoru

RFe - Činnyacute odpor magnetickeacuteho obvodu

Xm - Reaktance magnetickeacuteho obvodu

I1z - Zaacuteběrnyacute proud

Obr 32 Obvodovyacute model asynchronniacuteho motoru pro jednu faacutezi statoroveacuteho vinutiacute ndash nakraacutetko

Velkyacute zatěžovaciacute moment Mz nebo mechanickaacute porucha může zapřiacutečinit zablokovaacuteniacute rotoru

Ochrannaacute funkce detekuje dlouhou počaacutetečniacute situaci kteraacute je praacutevě důsledkem zmiacuteněnyacutech přiacutečin

UMC100 tiacutemto odpojiacute motor od napaacutejeniacute čiacutemž ho ochraacuteniacute od nadměrneacuteho tepelneacuteho namaacutehaacuteniacute

V uživatelskeacutem prostřediacute je možneacute individuaacutelně nastavit jak maximaacutelniacute proud tak i čas po

ktereacutem dojde k odpojeniacute zablokovaneacuteho motoru Pro experimentaacutelniacute použitiacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy je nastavena hodnota poměru pro odpočet a naacutesledneacute odpojeniacute IIn na 300 [1] [9]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 35

33 Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute zabezpečiacute odpojeniacute motoru vyskytne-li se v obvodu většiacute

hodnota proudu než nastavenaacute jmenovitaacute In Bliacuteže tuto funkci představiacute přiloženyacute průběh Funkce

je aktivniacute až po roztočeniacute motoru v okamžiku rozběhu je neaktivniacute

Princip ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Do okamžiku T1 od zapnutiacute klesne zaacuteběrnyacute proud na hodnotu cca Ix = 135 In V časoveacutem

uacuteseku T1 až T2 dochaacuteziacute k naacuterůstu prochaacutezejiacuteciacuteho proudu motorem V okamžiku T2 překročiacute

proud hodnotu Ivar Tiacutemto okamžikem začne odpočet nastaveneacute doby zpožděniacute tvar kteraacute po

uplynutiacute sepne signalizaci varovaacuteniacute nadproudoveacuteho přetiacuteženiacute Odpočet doby tvar narůstaacute je-li

proud motorem I gt Ivar Jakmile proud I ge Iodp dochaacuteziacute k sepnutiacute čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute todp

Platiacute-li podmiacutenka I ge Iodp a dojde k načteniacute hodnoty todp UMC100 odpojiacute motor od napaacutejeniacute a tiacutem

zabraacuteniacute jeho poškozeniacute

Obr 33 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu přetiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash dosaženiacute vysokeacute proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash dosaženiacute hodnoty proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

34 Ochrana při proudoveacutem podtiacuteženiacute

Jakmile hodnota (činneacuteho) proudu klesne pod nastavenou uacuteroveň kteraacute je pro danyacute proces

typickaacute dojde v UMC100 k vybaveniacute ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a motor odpojiacute od

napaacutejeniacute Tato ochrana se předevšiacutem využiacutevaacute pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacute funkce čerpadla když detekuje

ztraacutetu jeho saacuteniacute či pro paacutesoveacute dopravniacuteky ve vyacuterobniacutech provozech Včasneacute varovaacuteniacute a odpojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 36

motoru snižuje zejmeacutena prostoje vyacuteroby Princip varovaacuteniacute a odpojeniacute je představen na

naacutesledujiacuteciacutem průběhu jak tomu bylo u ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Princip ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute zobrazeneacuteho průběhu

Po poklesu aktuaacutelniacuteho proudu v okamžiku T1 motor normaacutelně běžiacute V časoveacutem uacuteseku T1 až

T2 dochaacuteziacute k poklesu proudu pod jmenovitou hodnotu In až na nastavenou hodnotu Ivar Při

dosaženiacute teacuteto hodnoty začne odpočet varovaacuteniacute proudoveacuteho podtiacuteženiacute Nepřesaacutehne-li proud za

dobu kratšiacute než tvar mez Ivar (tzn nevzroste-li se zpět k In) dojde ke spuštěniacute signalizace

proudoveacuteho podtiacuteženiacute Při pokračujiacuteciacutem poklesu proudu jak je patrneacute v časoveacutem intervalu T2-T3

až na mez Iodp dojde k čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute Při překročeniacute nastaveneacute doby todp a za

podmiacutenky že proud I le Iodp UMC100 motor odpojiacute od napaacutejeciacute siacutetě

Obr 34 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash niacutezkaacute proudovaacute uacuteroveň kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash hodnota proudu kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

Popis funkce ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute blokoveacuteho scheacutematu

Signaacutel Istart představuje hodnotu proudu po startu motoru- log 1(tzn Signalizace motoru v

chodu) Tento signaacutel tvořiacute vstup logickeacuteho hradla AND (1) Funkci tohoto hradla znaacutezorňuje

přiloženaacute tabulka Tab 33 Druhyacute vstup signalizuje aktuaacutelniacute hodnotu proudu kteraacute motorem

proteacutekaacute Je-li proud IltIvar detekuje hradlo AND druhou logickou jedničku a hradlo vybaviacute podle

přiloženeacute tabulky Tento signaacutel z hradla aktivuje časovač zpožděniacute varovaacuteniacute Po uplynutiacute

nastaveneacuteho časoveacuteho uacuteseku signalizuje podtiacuteženiacute Dochaacuteziacute-li staacutele k poklesu proudu až do

uacuterovně kdy IltIodp pak na druheacutem logickeacutem hradle AND (2) budou na vstupu log 1 Sepne

čiacutetaacuteniacute zpožděniacute vypnutiacute a po uplynutiacute doby UMC motor vypne

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 37

Obr 35 Blokoveacute scheacutema ochrany proti proudoveacutemu podtiacuteženiacute [1]

Vstup Vyacutestup

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

Tab 33 Princip funkce logickeacuteho hradla AND

341 Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek

Při chodu asynchronniacuteho motoru odebiacuteraacute stroj ze siacutetě jalovyacute proud kteryacute je potřebnyacute pro

vytvořeniacute magnetizace hlavniacuteho magnetickeacuteho obvodu Tento tzv magnetizačniacute proud je

nezaacutevislyacute na zatiacuteženiacute stroje Uplatněniacute nalezne zejmeacutena při chodu napraacutezdno a maleacutem zatiacuteženiacute

kdy je uacutečiniacutek motoru niacutezkyacute Motor maacute tedy nejleacutepe pracovat při plneacutem zatiacuteženiacute[11]

Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek jsou důležiteacute parametry pro detekovaacuteniacute niacutezkeacute zaacutetěže nebo situace bez

zaacutetěže např uzavřenyacute ventil Pomociacute napěťoveacuteho modulu VI15x a UMC je měřeno sdruženeacute

(faacutezoveacute) napětiacute faacutezovyacute proud čili i faacutezovyacute posuv mezi proudem a napětiacutem - cos φ Pomociacute těchto

parametrů je UMC schopneacute analogicky spočiacutetat hodnotu činneacuteho přiacutekonu

radic

Poklesne-li poteacute činnyacute přiacutekon pod nastavenou procentuaacutelniacute hodnotu P (př 85 Pn) motor vypne

tj bude-li PPn le 085

Experimentaacutelniacutem měřeniacutem v raacutemci laboratorniacute uacutelohy byla pomociacute přiacutestroje Yokogawa WT1800

změřena zaacutevislost uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute motoru Z vyacutesledneacuteho grafu (Obr 37) je

patrneacute že se snižovaacuteniacutem zatiacuteženiacute rotoru klesaacute velikost uacutečiniacuteku Naměřeneacute hodnoty pro konstrukci

grafu jsou uvedeny v přiacuteloze

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 38

Obr 36 Charakteristiky asynchronniacuteho motoru při zatiacuteženiacute [11]

Obr 37 Graf zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti P2

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

01

02

03

04

05

06

07

08

09

0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000

P1 [

W]

cos

ϕ [

-]

P2 [W]

P2 P1 Q1

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 39

35 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

Princip ochrany

Je-li poměr nejnižšiacuteho proudu (Imin) a nejvyššiacuteho proudu (Imax) ve faacuteziacutech nad nastavenou

uacuterovniacute pro varovaacuteniacute sepne signalizace ztraacutety faacuteze Jakmile ovšem tento poměr překročiacute

nastavenou hodnotu pro odpojeniacute motoru sepne zpožděniacute vypnutiacute a podle nastaveneacute třiacutedy

přetiacuteženiacute motor po uplynutiacute časoveacuteho intervalu odpojiacute

Funkce faacutezoveacute nesymetrie je aktivniacute pouze tehdy je-li proud ve všech třech faacuteziacutech gt 25 In

(jmenoviteacuteho proudu) [1]

Naacutesledujiacuteciacute rovnice představuje vyacutepočet procentuaacutelniacuteho poměru proudu pro vypnutiacute motoru při

uacuteplneacute ztraacutetě faacuteze

(

)

36 Ochrana sledu faacuteziacute

Ochrana sledu faacuteziacute hliacutedaacute zejmeacutena spraacutevnyacute směr otaacutečeniacute motoru Důležiteacute pro použitiacute teacuteto

ochrany je miacutesto zapojeniacute napěťoveacuteho modulu VI15x Pokud by byl modul zapojen za stykači

nastala by chyba při reverzniacutem zapojeniacute Na stykačiacutech dochaacuteziacute zapojeniacutem k zaacuteměně dvou

faacutezovyacutech vodičů a tiacutem i změně směru otaacutečeniacute motoru UMC s pomociacute VI150 vyhodnotiacute situaci

jako chybovou a vypne motor Napěťovyacute modul se tedy zpravidla umiacutesťuje hned za hlavniacute jistiacuteciacute

prvek viz Obr 44

37 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Jedno z největšiacutech nebezpečiacute pro motor představuje ztraacuteta jedneacute napaacutejeciacute faacuteze Chod na 2

napaacutejeciacute faacuteze zatěžuje motor na tepelneacute uacutečinky proudu vlivem zvyacutešeniacute proudu ve zbylyacutech 2

faacuteziacutech UMC100 v tomto přiacutepadě vypiacutenaacute motor podle předem stanovenyacutech časovyacutech intervalů

Intervaly vypnutiacute jsou stejneacute jako pro ochranu proti proudoveacutemu přetiacuteženiacute (Tab 32) a

odpoviacutedajiacute nastaveneacute třiacutedě přetiacuteženiacute Tuto ochranu dřiacuteve zajišťovalo tepelneacute releacute ktereacute v tomto

přiacutepadě nemusiacute byacutet použito

38 PTC ochrana

381 Termistor

Termistor je polovodičovyacute nelineaacuterniacute dvojpoacutel jehož odpor se měniacute v zaacutevislosti na teplotě

prostřediacute ve ktereacutem pracuje Jeho vyacutehodou je že velmi rychle a citlivě reaguje na změnu teploty

Rozlišujeme zpravidla 2 druhy termistorů

1 NTC (Negative Temperature Coefficient) - termistor se zaacutepornyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou klesaacute jeho odpor (roste elektrickaacute vodivost a proud)

2 PTC (Positive Temperature Coefficient) ndash termistor s kladnyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou jeho odpor roste

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 40

Obr 38 Zaacutevislost odporu termistoru na teplotě

Použitiacute termistorů

NTC termistory se použiacutevajiacute zpravidla k měřeniacute teploty PTC se nejčastěji využiacutevaacute

v kuchyňskyacutech spotřebičiacutech kde je požadovaacutena konstantniacute teplota v termostatech a pro hliacutedaacuteniacute

teploty vinutiacute motorů

382 Princip PTC ochrany v UMC

Ochrana obecně spadaacute do skupiny proudově nezaacutevislyacutech ochran Pro připojeniacute PTC

termistoru sloužiacute na UMC100 svorky s označeniacutem T1 a T2 PTC zvyšuje svůj odpor s rostouciacute

teplotou proto je možneacute ho použiacutet pro hliacutedaacuteniacute teploty např vinutiacute statoru UMC je schopneacute

vyhodnotit tuto změnu odporu a vydaacute signaacutel k odpojeniacute motoru od siacutetě [7]

39 Ochrana při zemniacutem spojeniacute

Ochrana při zemniacutem spojeniacute spočiacutevaacute v ochraně motoru siacutetě a technologie při nežaacutedouciacutech

vlivech způsobenyacutech zejmeacutena staacuternutiacutem izolace a jejiacutem zhoršenyacutem izolačniacutem uacutečinkem

Naacutesledkem přetěžovaacuteniacute vedeniacute vlhkostiacute kondenzaciacute vody v elektrickeacutem zařiacutezeniacute nebo vrstvou

vodiveacuteho prachu jsou praacutevě zhoršeneacute vlastnosti izolačniacuteho materiaacutelu To vede k nechtěneacutemu

zemniacutemu spojeniacute Zemniacute spojeniacute je monitorovaacuteno pomociacute UMC spolu se zařiacutezeniacutem CEM11 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 41

DEMONSTRAČNIacute PŘIacutePRAVEK 4

41 Naacutevrh přiacutepravku

Pro demonstraci UMC100 a dalšiacutech prvků řady produktů od společnosti ABB sro byl

navržen přiacutepravek pomociacute software AutoCAD a Inventor Professional kteryacute byl poteacute zrealizovaacuten

a oživen Nosnaacute konstrukce (Obr 41) je vyrobena z jӓckelu o rozměru 25x25mm

Obr 41 Nosnaacute konstrukce

Čelniacute panel tvořiacute plech s rozměry 500x400mm a tloušťky 2mm Plech je osazen

rozvaděčovyacutemi kanaacutely 25x60mm a všemi potřebnyacutemi komponentami pro realizaci zapojeniacute

Vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho panelu s otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky a ovlaacutedaciacute tlačiacutetka motoru je na

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

Seznam použityacutech komponent Vyacuterobce

3-poacutelovyacute jistič C16 OEZ

Pojistkoveacute pouzdro RSP 4 Elektro Bečov

Komunikačniacute modul MTQ22-FBP ABB

Motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP ABB

Napěťovyacute modul VI150-FBP ABB

Rozšiřovaciacute modul DX122-FBP ABB

Ministykač LC1K09(LC1K12) Schneider Electric

Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A ABB

Rozvaděčovyacute kanaacutel 25x60mm KOPOS

Přiacutestrojoveacute zdiacuteřky 4mm do panelu AMASS

Tlačiacutetka do panelu 250V1A JIETONG

Tab 41 Seznam použityacutech komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 42

Pro konstrukci je důležiteacute aby navrženyacute panel rozměrově odpoviacutedal všem potřebnyacutem přiacutestrojům

a modulům Pro tuto přiacuteležitost je pomociacute software AutoCAD vytvořen vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho

panelu Obr 43 kteryacute je konstruovaacuten

Navrženyacute nosnyacute plech tloušťky 2mm na ktereacutem jsou umiacutestěny veškereacute komponenty Obr 42

Ve vrchniacute polovině plechu jsou vyvrtaacuteny otvory o průměru 4mm sloužiacuteciacute pro uchyceniacute

rozvaděčoveacuteho kanaacutelu a DIN lišty Ve středniacute čaacutesti plechu jsou 4 průvlečneacute otvory určeneacute k

průchodu vodičů ze zadniacute čaacutesti plechu (od napaacutejeciacutech svorek) do rozvaděčoveacuteho kanaacutelu na straně

předniacute Pro tuto potřebu jsou stejneacute otvory vyvrtaacuteny takeacute do dna kanaacutelu Ve spodniacute čaacutesti jsou

otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky pomociacute kteryacutech je zajištěno napaacutejeniacute panelu a poteacute napaacutejeniacute motoru

a 3 otvory na ovlaacutedaciacute tlačiacutetka k zajištěniacute ovlaacutedaacuteniacute motoru Uchyceniacute plechu k nosneacute konstrukci

je provedeno samořeznyacutemi šroubky M5 v roziacutech plechu

Obr 42 Naacutevrh plechu panelu

Vyacutekres plechu s udaacuteniacutem koacutet je obsažen v přiacuteloze praacutece viz Obr 01

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 43

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 44

42 Scheacutema zapojeniacute přiacutepravku

Demonstračniacute panel je uzpůsoben pro reverzniacute chod trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 44 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho přiacutepravku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 45

43 Vyacuteslednyacute přiacutepravek

Vyacuteslednyacute osazenyacute a zapojenyacute přiacutepravek určenyacute pro laboratorniacute uacutelohu doplněnyacute vhodnyacutemi

štiacutetky pro ovlaacutedaacuteniacute a zapojeniacute napaacutejeciacute siacutetě (VSTUP) a motoru (VYacuteSTUP)

Obr 45 Demonstračniacute přiacutepravek

Zadniacute čaacutest panelu s izolovaacuteniacutem konektorů FASTON pomociacute teplem smrštitelneacute bužiacuterky před

nebezpečnyacutem dotykem živeacute čaacutesti

Obr 46 Zadniacute pohled

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 46

44 Demonstračniacute kufr pro ABB

Pro společnost ABB sro byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 prezentujiacuteciacute

jeho možnosti Zaacutekladniacutem požadavkem naacutevrhu bylo řešeniacute pomociacute jednofaacutezoveacuteho napaacutejeniacute

Jelikož UMC100 je uzpůsobeno pro chod trojfaacutezovyacutech motorů je použit frekvenčniacute měnič

ACS50 kteryacute nabiacuteziacute při napaacutejeniacute pomociacute jednofaacutezoveacute siacutetě na sveacutem vyacutestupu napětiacute 3x230V50Hz

Pro digitaacutelniacute vstupy UMC100 a rozšiřovaciacuteho modulu DX111 je navrženo použitiacute dvoupoacutelovyacutech

paacutečkovyacutech přepiacutenačů s funkciacute (ON)-OFF-ON s napětiacutem 24V DC K signalizaci aktivniacutech vstupů

a vyacutestupů je navrženo použitiacute zelenyacutech signaacutelek Ovlaacutedaciacute panel kufru obsahuje spiacutenače pro

simulaci ztraacutety napaacutejeciacute faacuteze motoru potenciometr k simulaci faacutezoveacute nesymetrie daacutele červenou

signaacutelku pro signalizaci poruchovyacutech stavů a žlutou pro chod motoru Všechny přepiacutenače a

signaacutelky jsou přiacutestupneacute uživateli prostřednictviacutem navrženeacuteho ovlaacutedaciacuteho panelu kteryacute současně

posloužiacute jako kryt kufru (Obr 02) Jelikož pro přenosnyacute kufr neniacute nejvhodnějšiacute použitiacute

asynchronniacuteho motoru je proto použit 6-poacutelovyacute synchronniacute motor s přiacutekonem 23VA

vyacutestupniacutem vyacutekonem 105W a jmenovityacutem proudem 100mA

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 47

Obr 47 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho kufru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 48

SIMULACE OCHRAN 5Kapitola obsahuje soupis simulaciacute ochran ktereacute jsou demonstrovaacuteny v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jež se zabyacutevaacute problematikou UMC100 Z širokeacute škaacutely ochran jsou vybraacuteny 4 situace ktereacute

se v průmyslu často vyskytujiacute

51 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

K nasimulovaacuteniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii je použit posuvnyacute potenciometr kteryacute je

připojen na svorky (12) Pomociacute potenciometru bude snižovaacutena velikost napětiacute na přiacutevodniacute faacutezi

do motoru (L1) Pro demonstraci ochrany je použit napěťovyacute modul VI150 spolu s UMC100 Na

svorky modulu označeneacute (L1L2 a L3) jsou přivedeny faacuteze v uvedeneacutem sledu Při zvyšovaacuteniacute

odporu rezistoru ve faacutezi dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute napětiacute na přiacutevodniacute svorce (L1) vlivem rostouciacuteho

uacutebytku napětiacute na daneacutem rezistoru Je-li napěťovyacute modul propojen vodičem s UMC a je-li spraacutevně

nastaven UMC vyhodnotiacute po určiteacutem poklesu napětiacute a naacuterůstu proudu ve zbylyacutech dvou faacuteziacutech

(L2 a L3) jako chybovou a vybaviacute Nejprve bude vybaveno varovaacuteniacute a poteacute dojde k odpojeniacute

motoru

52 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze je motor vystaven vysokeacutemu riziku což většinou vede k jeho

zničeniacute Demonstrace ochrany proběhne uacuteplnyacutem odpojeniacutem napaacutejeciacute faacuteze L2 Pro vybaveniacute

ochrany neniacute zapotřebiacute aby byl motor v chodu neboť použitiacute napěťoveacuteho modulu VI150

detekuje nepřiacutetomnost napětiacute faacuteze a vybaviacute Při chodu motoru ochrana vybaviacute od 15s pro třiacutedu

5E a do 12s pro 40E podle nastaveneacute třiacutedy přetiacuteženiacute viz Tab 32 Princip funkce při chodu

motoru spočiacutevaacute v porovnaacuteniacute nejvyššiacute a nejnižšiacute naměřeneacute hodnoty faacutezoveacuteho proudu s

nastavenyacutemi uacuterovněmi Vyacutehodou je že signalizuje varovaacuteniacute ještě před samotnyacutem spuštěniacutem

motoru kdy může nastat stav že je přepaacutelena pojistka a obsluha toto nezaznamenala Mimo

přepaacuteleneacute pojistky se může takeacute jednat o uvolněnyacute nebo opotřebenyacute kontakt

53 Ochrana sledu faacuteziacute

Pro spraacutevnyacute chod motoru a diagnostiku pomociacute kontroleacuteru s použitiacutem napěťoveacuteho modulu je

zapotřebiacute dodržet sled faacuteziacute tzn Faacutezovyacute vodič L1rarrsvorka L1 L2 rarrsvorka L3 a L3rarrsvorka L3

Při zaacuteměně některyacutech faacutezovyacutech vodičů neprodleně vybaviacute ochrana sledu faacuteziacute a neniacute dovoleno

spuštěniacute motoru do okamžiku dokud neniacute obsluhou tento probleacutem vyřešen

54 PTC ochrana

Pro vyhodnocovaacuteniacute teploty vinutiacute statoru motoru sloužiacute termistor PTC Při zvyacutešeniacute teploty

nastaacutevaacute zvyacutešeniacute odporu termistoru (viz Obr 38) a motor odpojiacute Udaacutevanaacute odezva UMC na

změnu odporu je v rozmeziacute R = 34-38kΩ

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 49

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany

Z důvodu ochrany motoru neniacute vhodneacute vystavovat motor zvyacutešeneacute teplotě pro nastiacuteněniacute funkce

PTC ochrany Pro tento uacutečel posloužiacute zhotovenyacute box osazenyacute lineaacuterniacutem potenciometrem

s hodnotou odporu 25kΩ jemuž jsou předřazeny odpory 1kΩ a 330Ω

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 50

LABORATORNIacute UacuteLOHA 6

61 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100

Uacutekolem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute řiacutediacuteciacute a kontrolniacute jednotkou pro

provoz trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru UMC100

Motorovyacute kontroleacuter nabiacuteziacute 3 releacuteoveacute vyacutestupy Tyto vyacutestupy jsou připojitelneacute na napětiacute 230V AC s

maximaacutelniacutem proudem 1A Releacuteoveacute vyacutestupy sloužiacute zejmeacutena pro připojeniacute budiacuteciacutech ciacutevek stykačů

Hlavniacute vstupy jsou tvořeny seacuteriiacute svorek jež je umiacutestěnaacute ve spodniacute čaacutesti kontroleacuteru Svorky nesou

označeniacute (DI0 DI1 hellip DI5) Tyto digitaacutelniacute vstupy pracujiacute s napětiacutem 24V DC a sloužiacute pro

připojeniacute ovlaacutedaciacutech tlačiacutetek jako start motoru stop motoru reverzaci rozběh hvězda-trojuacutehelniacutek

nebo např použitiacute vstupu pro koncovyacute spiacutenač pro připojeniacute pomocnyacutech kontaktů stykačů či

funkci aktuaacutetor kdy je ovlaacutedaacuten pohon ventilu Vše podle nastaveniacute uživatele a pracovniacuteho

procesu Vedle hlavniacutech vstupniacutech kontaktů se nachaacuteziacute takeacute jeden vyacutestupniacute s označeniacutem (DO3)

Tento digitaacutelniacute vyacutestup lze využiacutet k připojeniacute 24V DC signalizačniacute kontrolky pro chybovaacute hlaacutešeniacute

modulu UMC100 nabiacuteziacute integrovanyacute vstup pro připojeniacute PTC termistoru Diacuteky PTC jsme

schopni hliacutedat teplotu statoroveacuteho vinutiacute a předejiacutet tiacutem zaacutevažneacutemu poškozeniacute motoru

Hlavniacute obvod

Měřeniacute proudu faacutezovyacutemi vodiči je řešeno pomociacute 3 průvlečnyacutech ok integrovanyacutech v modulu

Tato průvlečnaacute oka jsou měřiacuteciacutemi transformaacutetory proudu navinutyacutemi na toroidniacutem jaacutedře Diacuteky

těmto transformaacutetorům je kontroleacuter schopnyacute měřit proud v rozsahu 024 až 63A Pro vyššiacute

hodnoty proudů až 850A se použiacutevaacute externiacute proudovyacute transformaacutetor

Možnost rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru

UMC se v průmyslovyacutech aplikaciacutech nejčastěji použiacutevaacute s využitiacutem napěťoveacuteho a rozšiřovaciacuteho

(vstupně-vyacutestupniacuteho) modulu Pro laboratorniacute uacutelohu je použit napěťovyacute modul VI150 a

rozšiřovaciacute modul DX122 jenž jsou připojeny k UMC pomociacute UMCIO-CAB přes svorky

s označeniacutem Ca a Cb

Napěťovyacute modul VI150

K demonstraci kontroleacuteru je použit modul s označeniacutem VI150 Zařiacutezeniacute disponuje konektory pro

připojeniacute faacutezovyacutech vodičů (L1 L2 a L3) a je schopneacute měřit hodnotu sdruženeacuteho napětiacute siacutetě

S naměřenyacutemi hodnotami faacutezoveacuteho proudu pomociacute UMC dostaacutevaacuteme takeacute hodnotu faacutezoveacuteho

posuvu mezi napětiacutem a proudem tedy uacutečiniacuteku cos φ Z těchto naměřenyacutech parametrů vypočiacutetaacute

řiacutediacuteciacute jednotka kontroleacuteru činnyacute přiacutekon Ovšem pro spraacutevnou detekci napětiacute je nutneacute dodržet

zapojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 51

Vstupně-vyacutestupniacute modul DX122

Modul umožňuje rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru o dalšiacutech 8 digitaacutelniacutech vstupů na napětiacute 110-230V AC 4

releacuteoveacute vyacutestupy a 1 analogovyacute vyacutestup Pomociacute programu ABB Asset Vision Basic je možneacute

přiacutemeacute přiřazeniacute parametrů a programovaacuteniacute UMC100 a takeacute všech zařiacutezeniacute kteraacute jsou vybavena

DTM (Device Type Manager)- naacutestroj pro konfiguraci a spraacutevu zařiacutezeniacute

Komunikačniacute modul MTQ22

O komunikaci mezi UMC a PC se staraacute modul MTQ22 V software vytvořeneacutem pomociacute

vyacutevojoveacuteho prostřediacute LabVIEW lze sledovat aktuaacutelniacute měřeneacute veličiny zobrazenaacute varovaacuteniacute

poruchovyacutech stavů informace o stavu vstupů a vyacutestupů apod

Napaacutejeciacute zdroj

Napaacutejeniacute modulů zajišťuje zdroj CP-D 2413A s regulaciacute vyacutestupniacuteho napětiacute Regulace je možnaacute

v rozpětiacute 24-28V DC Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute zdroje je umožněna z důvodu požadavku

přesneacuteho napětiacute 24V DC Vlivem zatiacuteženiacute (napaacutejeniacute UMC VI a DX) vyacutestupniacute napětiacute zdroje klesaacute

podle zatěžovaciacute charakteristiky přiacuteslušneacuteho zdroje CP-D sloužiacute takeacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacutech

vstupů UMC

Ochranneacute funkce

UMC nenabiacuteziacute pouze možnost měřeniacute faacutezoveacuteho proudu ale takeacute řadu ochran při poruchovyacutech

stavech provozu Nejčastěji v praxi využiacutevanaacute ochrana je ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute kteraacute

je doprovaacutezena varovnou signalizaciacute nastaacutevajiacuteciacute poruchy

Ochrana motoru při proudoveacutem podtiacuteženiacute pracuje na obdobneacutem principu jako předchoziacute ochrana

Kontroleacuter monitoruje hladinu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu Při jeho poklesu pod nastavenou

uacuteroveň maximaacutelniacuteho dovoleneacuteho poklesu (udaacutevaneacute relativně v k jmenoviteacutemu In) dochaacuteziacute k

signalizaci chyby a odpojeniacute motoru od siacutetě

PTC ochrana spočiacutevaacute v hliacutedaacuteniacute teploty statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru pomociacute PTC

termistoru V našem přiacutepadě je použito lineaacuterniacuteho potenciometru kdy se zvyšujiacuteciacutem se odporem

potenciometru simulujeme zvyšujiacuteciacute se teplotu statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru

Při ztraacutetě některeacute napaacutejeciacute faacuteze motoru dochaacuteziacute k okamžiteacutemu blokovaacuteniacute startu motoru

Ochrana sledu faacuteziacute zajistiacute spraacutevneacute zapojeniacute vodičů L1 L2 a L3 ktereacute je slučitelneacute s nastaveniacutem v

UMC

Vlivem přerušovaneacuteho provozu např S3 kdy nedochaacuteziacute v době klidu a odpojeniacute motoru k

poklesu teploty na teplotu okoliacute může vybavit Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute - Thermal

Overload Protection (TOL)

Zablokovaniacute rotoru byacutevaacute způsobeno přiacuteliš vysokyacutem zaacutetěžnyacutem momentem Mz na hřiacutedeli motoru

nebo mechanickou poruchou Kontroleacuter je při startu schopen detekovat tento stav

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 52

62 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute uacutelohy a scheacutema zapojeniacute panelu

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 53

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 54

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha

Štiacutetek použiteacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 64 Štiacutetek motoru

63 Popis scheacutematu zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

Na vstupniacute svorky s označeniacutem VSTUP (L1 L2 L3 N PE) jsou přivedeny přiacuteslušneacute vodiče

z pracovniacuteho stolu Hlavniacute 16A jistič s vypiacutenaciacute charakteristikou typu C sloužiacute pro jištěniacute siloveacute

čaacutesti obvodu Pro jištěniacute napaacutejeciacuteho zdroje CP-D sloužiacute tavnaacute pojistka 2T250V Napěťoveacute

vstupy na modul VI150 jsou jištěny tavnou pojistkou F125250V Posuvnyacute potenciometr

umiacutestěnyacute na faacutezoveacutem vodiči L1 sloužiacute k demonstraci ochrany při faacutezoveacute nesymetrii

Komunikačniacute modul MTQ22 zajišťuje komunikaci mezi UMC a PC kdy prostřednictviacutem

Ethernetoveacute siacutetě jsme schopni čiacutest měřeneacute veličiny

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 55

64 Pracovniacute postup

1 Seznamte se s kontroleacuterem UMC100 a ostatniacutemi komponenty použityacutemi pro laboratorniacute

uacutelohu a se scheacutematem zapojeniacute uacutelohy

2 Připojte elektromotor a vstupniacute svorky na přiacuteslušneacute zdiacuteřky Před připojeniacutem vyacutekonoveacuteho

potenciometru ověřte měřeniacutem jeho minimaacutelniacute a maximaacutelniacute hodnotu odporu a

poznamenejte si je

3 Připojte potenciometr na určeneacute zdiacuteřky označeneacute čiacutesly 1 a 2 a nastavte hodnotu odporu

4 Po kontrole zapojeniacute vyučujiacuteciacutem zapněte pracoviště a nastavte autotransformaacutetor na 100

vyacutestupniacuteho napětiacute Zapněte hlavniacute jistič Kontrola a nastaveniacute komunikace mezi UMC

DX a VI

Nastaveniacute Komunikace se provede přes LCD displej naacutesledujiacuteciacutem způsobem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on

5 Stiskem tlačiacutetka VPŘED nebo VZAD na panelu uvedeme motor do chodu Pro přechod

z jednoho směru do druheacuteho je nutneacute nejprve zastavit motor tlačiacutetkem STOP Při

zastaveniacute je kontroleacuterem motor blokovaacuten po dobu 3s před dalšiacutem spuštěniacutem z důvodu

doběhu motoru Pohybem tlačiacutetek nahoru dolů pomociacute LCD v hlavniacute nabiacutedce - UMC -

můžeme sledovat aktuaacutelniacute proud motoru sdruženeacute napětiacute odebiacuteranyacute přiacutekon ze siacutetě

uacutečiniacutekhellip

6 Při provaacuteděniacute uacutelohy na brzdě (dynamometru) ověřte funkci ochrany při zablokovaacuteniacute

rotoru funkci ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a proudoveacutem přetiacuteženiacute

7 Při vybaveniacute každeacute z ochran zaznamenejte hodnotu kdy vypnula Před novyacutem startem je

důležiteacute přečiacutest zaacuteznam důvodu poruchy a proveacutest reset na panelu UMC100-PAN jinak je

START blokovaacuten

65 Měřeniacute

OCHRANA PŘED PŘEHŘAacuteTIacuteM MOTORU

Potenciometrem označenyacutem PTC je zvyšovaacutena hodnotu odporu do okamžiku kdy dojde

k odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě zapůsobeniacutem PTC ochrany Hodnota odporu potenciometru

při vybaveniacute ochrany je určena měřeniacutem na 341kΩ Odpoviacutedajiacuteciacute hodnotu teploty motoru

odečteme z grafu a hodnoty odporu potenciometru při vypnutiacute

Do tabulky zapište změřenou hodnotu odporu potenciometru při vypnutiacute Při teacuteto hodnotě odporu

odečtěte teplotu motoru z grafu Ziacuteskanou teplotu porovnejte s vypočtenou teplotou motoru

Tabulka naměřenyacutech a vypočtenyacutech hodnot

R ϑg R0 ϑ

[Ω] [degC] [Ω] [degC]

3410 136 1320 13626

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 56

Vyacutepočet vychaacuteziacute ze vztahu pro zaacutevislost elektrickeacuteho odporu vodiče na teplotě

(651)

kde

(652)

Po uacutepravě pak

α - teplotniacute součinitel elektrickeacuteho odporu (K-1

) (α = 001162 K-1

)

R0 - odpor potenciometru v zaacutekladniacute poloze

R - odpor potenciometru při vybaveniacute ochrany

ϑg - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute odečtenaacute z grafu

ϑ - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute ndash vypočtenaacute

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

R [

Ω]

ϑ [degC]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 57

Vinutiacute motoru je izolovaacuteno izolaciacute třiacutedy F (155)

Třiacuteda izolace A E B F H

Okolniacute teplota [degC] 40 40 40 40 40

Povolenyacute naacuterůst teploty [degC] 60 75 80 105 125

Teplotniacute rezerva 5 5 10 10 15

Konečnaacute teplota 105 120 130 155 180

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru [12]

OCHRANA PŘED NESPRAacuteVNYacuteM SLEDEM FAacuteZIacute

Nedodrženiacutem sledu napaacutejeciacutech faacutezovyacutech vodičů (zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů svorek L2 a L3)

jak je nastaveno v UMC provaacutediacute napěťovyacute modul blokaci startu motoru V tomto přiacutepadě

vybavuje neprodleně ochrana sledu faacuteziacute ndashPhase sequence Funkci zaznamenejte do protokolu

OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII

Zvyšovaacuteniacutem odporu vyacutekonoveacuteho potenciometru zapojeneacuteho ve faacutezi L1 (viz scheacutema zapojeniacute

uacutelohy) dochaacuteziacute k simulaci faacutezoveacute nesymetrie siacutetě Motor je odpojen v okamžiku kdy poklesne

hodnota sdruženeacuteho napětiacute mezi faacutezemi L3 a L1 přibližně na hodnotu Us = 380V Velikost

odporu při vybaveniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii činiacute 101Ω Hodnotu nesymetrie zaznamenejte

do protokolu

OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE

Ztraacuteta faacuteze se realizuje pomociacute spiacutenače v pracovniacutem stole kdy odpojiacuteme napaacutejeciacute faacutezi Změřte

čas od odpojeniacute faacuteze L2 do vybaveniacute ochrany při ztraacutetě faacuteze a poznamenejte do protokolu

66 Demonstrace ochran při použitiacute dynamometru

OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU

K testu ochrany při zablokovaacuteniacute rotoru posloužiacute dynamometr jehož hřiacutedel je spojenaacute se hřiacutedeliacute

asynchronniacuteho motoru pomociacute spojky Hřiacutedel dynamometru je poteacute mechanicky zablokovaacutena

Stiskem přiacuteslušneacuteho tlačiacutetka je proveden start motoru a sledovaacuten proud při odpojeniacute motoru od

siacutetě a čas odpojeniacute Proud při vybaveniacute ochrany při mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru dosaacutehl

hodnoty 1978A což odpoviacutedaacute 582In

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute ndash (High current protection)

Pro simulaci proudoveacuteho přetiacuteženiacute maacuteme nastavenou hodnotu odebiacuteraneacuteho proudu na 130 pro

odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě Snižovaacuteniacutem jmenovityacutech otaacuteček motoru pomociacute dynamometru

(bržděniacutem tzn n rarr 0) dochaacuteziacute k naacuterůstu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu I Odpojeniacute nastalo při

odebiacuteraneacutem proudu 447A Nastaveneacute hodnotě (13In ) naacuteležiacute proud 442A Tiacutem lze konstatovat

že vyacutesledek měřeniacute je srovnatelnyacute s hodnotami uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute

Stav proudoveacuteho podtiacuteženiacute nedostatečneacuteho proudoveacuteho zatiacuteženiacute použiacutevanyacute zejmeacutena u čerpadel

je simulovaacuten pomociacute dynamometru kdy je nastavenaacute hodnota poklesu aktuaacutelniacuteho proudu na

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 58

085In a čas odpojeniacute od siacutetě na 10s Po roztočeniacute a zatiacuteženiacute motoru na hodnotu jmenoviteacuteho

proudu jsou pomociacute dynamometru zvyšovaacuteny otaacutečky motoru n Tento proces maacute za naacutesledek

snižovaacuteniacute aktuaacutelniacuteho proteacutekaneacuteho proudu I kdy motor ztraacuteciacute zatiacuteženiacute Nastaveneacute hodnotě

podtiacuteženiacute odpoviacutedaacute aktuaacutelniacute proud 289A Při dosaženiacute teacuteto uacuterovně je spuštěn odpočet a motor za

10s odpojen

67 Vyhodnoceniacute a zaacutevěr

Vyacutesledkem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute technologiiacute pro diagnostiku

veličin při chodu trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru Při demonstračniacute simulaci ochran byly

dosaženy naacutesledujiacuteciacute vyacutesledky PTC ochrana vybavuje při hodnotě odporu 341kΩ Tato hodnota

odpoviacutedaacute teplotě ϑg = 136degC odečteneacute z grafu Vypočtenaacute teplota ϑ = 13626degC Vyacuterobce uvaacutediacute

zapůsobeniacute ochrany při hodnotě odporu v rozsahu 34-38kΩ Zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů L2 a

L3 proběhla okamžitaacute blokace spuštěniacute motoru Faacutezovaacute nesymetrie vybavila při poklesu napětiacute o

5 Ztraacutetou napaacutejeciacute faacuteze proběhlo odpojeniacute motoru v čase t = 15s Čas odpojeniacute odpoviacutedaacute třiacutedě

přetiacuteženiacute 5E kteraacute je nastavena

Při testu za použitiacute dynamometru bylo zjištěno že při zablokovaneacutem rotoru motoru zapůsobil

kontroleacuter při nastaveneacutem přetiacuteženiacute 3In Teacuteto hodnotě naacuteležiacute proud 102A Jelikož je nastavena

třiacuteda přetiacuteženiacute 5E ktereacute naacuteležiacute interval 15s a poteacute odpojeniacute motoru tak během tohoto okamžiku

vzrostla hodnota proudu na 1978A což odpoviacutedaacute 582In Při proudoveacutem přetiacuteženiacute odpoviacutedaly

vyacutesledky měřeniacute nastaveneacute hodnotě přetiacuteženiacute 13In Ve stavu proudoveacuteho podtiacuteženiacute zapůsobila

ochrana spraacutevně dle nastaveneacuteho poklesu proudu na 085In

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 17: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 17

TECHNICKEacute VYBAVENIacute UMC100-FBP 2

21 Kompaktniacute zaacutekladniacute jednotka

Zaacutekladniacute jednotka kontroleacuteru obsahuje nejdůležitějšiacute čaacutesti jako je integrovanyacute měřiciacute systeacutem

a 2 seacuterie svorek Tyto svorky tvořiacute vstupy a vyacutestupy kontroleacuteru Jsou tvořeny 6 digitaacutelniacutemi vstupy

24V DC (spodniacute svorky) 1 integrovanyacute vstupem pro připojeniacute PTC termistoru a 4 vyacutestupy (horniacute

svorky) Tyto vyacutestupy tvořiacute 3 vyacutestupniacute releacute a 1 digitaacutelniacute tranzistorovyacute vyacutestup UMC100 takeacute

disponuje třemi LED pro signalizaci stavu technickeacuteho vybaveniacute Umožňuje tedy provoz bez

použitiacute sběrnicoveacuteho systeacutemu a daacutelkoveacute přiřazeniacute parametrů přes řiacutediciacute systeacutem Na Obr 21 je

patrneacute použitiacute konektoru M12

[2]

Obr 21 Vnějšiacute popis UMC100-FBP a s připojenyacutem UMC100-PAN

1 upevňovaciacute očka pro montaacutež 4 šrouby M4 Očka je možneacute odlomit pokud bude zařiacutezeniacute

připevněno na DIN lištu

2 konektory pro připojeniacute odporoveacuteho PTC sniacutemače

3 připojovaciacute svorky pro komunikaci s IO moduly

4 zaacutestrčka M12 pro připojeniacute konektoru FieldBusPlug

5 3 stavoveacute LED kontrolky

zelenaacute ndash motor připraven

žlutaacute ndash motor je v provozu

červenaacute ndash přetiacuteženiacute nebo porucha motoru (hlaacutešeniacute chyby)

6 připojovaciacute svorky pro releacuteoveacute vyacutestupy

(šrouby nepoužiacutevanyacutech svorek musiacute byacutet dotaženy pro zajištěniacute ochrany proti naacutehodneacutemu

vyšroubovaacuteniacute a naacutesledneacutemu kontaktu)

7 konektor pro připojeniacute ovlaacutedaciacuteho LCD panelu Control Panel UMC100-PAN

8 prvniacute dvě svorky sloužiacute pro napaacutejeciacute napětiacute 24V DC 24VDC vyacutestup a DI0 až DI0 jsou

připojovaciacute svorky pro digitaacutelniacute vyacutestupy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 18

9 znaacutezorněnaacute draacuteha proudu pro napaacutejeniacute motoru vodiči o průměru až 11mm což odpoviacutedaacute

průřezu vodiče až 25mm2

211 Stavebniacute bloky

Naacutesledujiacuteciacute scheacutema demonstruje hlavniacute funkčniacute bloky UMC100 a tok dat mezi nimi Obr 22

Hlavniacute blok (Protection) obsahuje prvky souvisejiacuteciacute s ochrannyacutemi prvky Motorovaacute ochrana maacute

vždy vyššiacute prioritu než spiacutenaacuteniacute releacuteovyacutech vyacutestupů Ochrana působiacute přiacutemo na vyacutestup releacute a může

motor zastavit Pokud selže některaacute čaacutest HW zařiacutezeniacute kontrola Hardware Supervision otevře

releacuteoveacute vyacutestupy z bezpečnostniacutech důvodů automaticky Hardware Supervision neniacute možneacute

vyřadit

Měřeniacute proudu poskytuje informace o aktuaacutelniacutem proteacutekajiacuteciacutem proudu motorem kdy zařiacutezeniacute

měřiacute proud v jednotlivyacutech faacuteziacutech a vypočte středniacute hodnotu Naacutestupce původniacuteho kontroleacuteru

UMC22 použiacutevaacute aktuaacutelniacute informace o proudu a takeacute počiacutetaacute odpoviacutedajiacuteciacute teplotu motoru pomociacute

tepelneacuteho modelu Na určiteacute definovaneacute uacuterovni skutečneacute nebo vypočiacutetaneacute teploty dojde k vypnutiacute

motoru z důvodu přetiacuteženiacute

PTC input - tento vstup sloužiacute pro připojeniacute PTC termistoru pro měřeniacute skutečneacute teploty

vinutiacute motoru

Blok (Motor control) obsahuje množstviacute řiacutediacuteciacutech funkciacute Veškereacute přiacutechoziacute přiacutekazy z hlavniacuteho

panelu z digitaacutelniacutech vstupů nebo z FBP rozhraniacute jsou seřazeny a podle nastaveniacute uživatele jsou

poteacute zpracovaacutevaacuteny Blok Starter function řiacutediacute releacuteoveacute vyacutestupy Všechny bloky pracujiacute v logickeacutem

sledu Obvykle majiacute předem definovaneacute aplikace ktereacute budou provaacutedět UMC100 ovšem nabiacuteziacute i

vytvaacuteřeniacute vlastniacutech aplikaciacute [1]

Obr 22 Zaacutekladniacute blokoveacute scheacutema UMC100-FBP a tok dat mezi hlavniacutemi čaacutestmi zařiacutezeniacute [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 19

22 Ovlaacutedaciacute panel UMC100-PAN

UMC100-PAN je LCD panel kteryacutem lze rozšiacuteřit UMC100 o zobrazovaciacute prvek Tento prvek

připojiacuteme na UMC (Obr 21 7 -Konektor pro připojeniacute ovlaacutedaciacuteho LCD panelu Control Panel

UMC100-PAN) Zmiacuteněnyacute typ LCD je možneacute připojit pouze na UMC100 jelikož neniacute

kompatibilniacute se staršiacutem typem UMC22 LCD je předevšiacutem určen pro montaacutež na čelniacutem panelu

nebo na rozvaděči Ovlaacutedaciacute panel sloužiacute k lokaacutelniacutemu zobrazeniacute všech dat Poruchy (errors) a

vyacutestrahy jsou zobrazovaacuteny v nezakoacutedovaneacute podobě Externiacute zaacutevada může byacutet doplněna

individuaacutelniacutem textem např Phase loss Veškereacute parametry je možneacute nastavovat měnit a dle

potřeby chraacutenit přiacutestupovyacutem heslem

Panel sloužiacute pro zobrazeniacute veškeryacutech uacutedajů o obvodu jako např

proud prochaacutezejiacuteciacute motorem (možneacute absolutniacute zobrazeniacute v A nebo relativniacute v )

napětiacute na jednotlivyacutech faacuteziacutech L1-L3 (při použitiacute VI150(5))

aktuaacutelniacute uacutedaje o sepnutyacutech vstupech a vyacutestupech

způsob zapojeniacute motoru-přiacutemyacute chod reverzniacute chodhellip

Při vyacuteskytu přetiacuteženiacute dojde k vybaveniacute ochrany Na LCD je možneacute sledovat časovyacute odpočet

kteryacute zbyacutevaacute do dalšiacuteho možneacuteho uvedeniacute motoru do chodu po vychladnutiacute Po uplynutiacute tohoto

časoveacuteho uacuteseku může byacutet motor opět spuštěn [1]

Obr 23 Popis UMC100-PAN

1 3 stavoveacute LED

zelenaacute ndash zařiacutezeniacute připraveno

žlutaacute ndash zařiacutezeniacute v chodu

červenaacute ndash hlaacutešeniacute poruchy

2 podsviacutecenyacute LCD display

3 vstup do menu ovlaacutedaacuteniacute (Enter Control Menu)

4 vstup do menu nastaveniacute (Enter Configuration Menu)

5 posun nahoru

6 stop motoru

7 posun dolů

8 start motoru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 20

23 Napěťovyacute a rozšiřovaciacute modul

Napěťovyacute VI15x a rozšiřovaciacute (vstupně vyacutestupniacute) modul DX1xx sloužiacute pro možneacute rozšiacuteřeniacute

UMC o dalšiacute vstupy a vyacutestupy v přiacutepadě modulu DX a o měřeniacute napětiacute pomociacute modulu VI

231 Nastaveniacute komunikace

Při použitiacute rozšiřovaciacutech modulů je nejprve nutno pomociacute UMC100-PAN nastavit jejich

připojeniacute Nastaveniacute a uvedeniacute do chodu je provedeno naacutesledujiacuteciacutem způsobem

V hlavniacutem menu (ovlaacutedaacuteniacute pomociacute LCD) vybereme položku IO modules a volbu potvrdiacuteme

přiacuteslušnyacutem tlačiacutetkem Tlačiacutetky Nahoru nebo Dolů vybereme požadovanyacute modul kteryacute chceme

propojit s kontroleacuterem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on [1]

Nastaveniacutem na bdquoonldquo uvedeme moduly do provozu Funkce napěťoveacuteho modulu (VI15x) je

ověřitelnaacute jednoduchyacutem způsobem Pokud nejsou připojeny napaacutejeciacute faacuteze na svorky L1L2 a L3

modulu zařiacutezeniacute hlaacutesiacute chybu z důvodu ochrany při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze [4] [5]

232 VI15x- FBP

VI15x je přiacutedavnyacute napěťovyacute modul sloužiacuteciacute pro měřeniacute sdruženeacuteho popř faacutezoveacuteho napětiacute

motoru Z hodnot proudu měřenyacutech UMC a napětiacute pomociacute VI15x je možno vyhodnotit faacutezovyacute

posuv mezi napětiacutem a proudem Naměřeneacute hodnoty putujiacute skrze komunikačniacute kanaacutel směrem k

UMC100 K propojeniacute s UMC100 sloužiacute piny s označeniacutem Ca a Cb Daacutele modul obsahuje svorky

pro připojeniacute jednotlivyacutech faacutezovyacutech vodičů L1L2 a L3 Pro spraacutevnyacute sled faacuteziacute a jeho detekci musiacute

byacutet dodrženo spraacutevneacute zapojeniacute vzhledem k proudům měřenyacutem v UMC VI150 sloužiacute pro

připojeniacute pouze do uzemněneacute soustavy ( TN-C nebo TN-S) Modul VI155 lze naopak použiacutet jak

pro uzemněneacute soustavy (TN) tak i pro neuzemněneacute (IT) Oba typy sloužiacute k upevněniacute na DIN

lištu [1] [3]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 21

2321 Vnitřniacute struktura VI150-FBP

Obraacutezek přibližuje vnitřniacute strukturu použiteacuteho napěťoveacuteho modulu VI150

Obr 24 Struktura napěťoveacuteho modulu VI150 [3]

Obr 25 Vnějšiacute popis modulu VI150 pro UMC100-FBP

1 konektory pro komunikaci s UMC100 a pro komunikaci s rozšiřovaciacutemi moduly DX111-

FBP a DX122-FBP

2 napěťoveacute vstupy

3 releacuteovyacute vyacutestup

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 22

4 svorky pro připojeniacute napaacutejeciacuteho napětiacute 24VDC

5 3 stavoveacute LED

zelenaacute - zařiacutezeniacute připraveno

žlutaacute - varovaacuteniacute

červenaacute - porucha zařiacutezeniacute

6 popisovyacute štiacutetek

233 DX111-FBP

Modulaacuterniacute zařiacutezeniacute umožňujiacuteciacute rozšiacuteřeniacute UMC100 o dalšiacute pomocneacute vstupy a vyacutestupy

použitelneacute pro různaacute hlaacutešeniacute a vyacutestrahy Digitaacutelniacute vstupy jsou potenciaacuteloveacute s napětiacutem 24V DC

Proto je nutneacute pro ovlaacutedaciacute obvody dodržet napětiacute 24V DC nebo bezpotenciaacuteloveacute kontakty (tj

releacute) připojeneacute ze svorky +24V

Rozšiřovaciacute modul DX111-FBP nabiacuteziacute množstviacute vstupů a vyacutestupů uvedenyacutech v (Tab 21)

Vstupy 8 digitaacutelniacutech vstupů 24V DC

Vyacutestupy 4 releacuteoveacute vyacutestupy

1 analogovyacute vyacutestup

Vstupniacute napětiacute 24V DC

Vstupniacute proud 60 mA

Logickaacute 0 -312hellip+5V DC

helliphelliphelliphellipcv1 +15hellip+312V DC

Tab 21 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX111-FBP [1]

234 DX122-FBP

Multifunkčniacute modul DX122-FBP maacute srovnatelneacute vlastnosti jako předešlaacute DX111 ovšem

rozdiacutel je v tom že DX122 nabiacuteziacute osm digitaacutelniacutech vstupů pro napětiacute 110V až 230V AC

Vstupy 8 digitaacutelniacutech vstupů 110-230V AC

Vyacutestupy 4 releacuteoveacute vyacutestupy

1 analogovyacute vyacutestup

Vstupniacute napětiacute 110V AChellip 240V AC

Vstupniacute proud 60 mA

Logickaacute 0 0hellip 40V AC

helliphelliphelliphelliphellip 1 74hellip 265V AC

Tab 22 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX122-FBP [1]

Pomocnyacute rozšiřovaciacute modul se k UMC100 připojiacute na svorky Ca a Cb patrneacute na (Obr 21)

Připojeniacute lze proveacutest prostou kroucenou dvoulinkou Vzhledem k omezenyacutem prostoraacutem

rozvaacuteděčů kam je UMC100 instalovaacuteno je možneacute připojit rozšiřovaciacute modul odděleně od

kontroleacuteru a to až do vzdaacutelenosti maximaacutelniacute deacutelky 3m [1] [5]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 23

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezek (Obr 26) opět popisuje svorky a monitorovaciacute prvky DX122

Obr 26 Vnějšiacute popis IO modulu DX122-FBP pro UMC100-FBP

1 releacuteoveacute vyacutestupy (čaacutest 1)

2 releacuteoveacute vyacutestupy (čaacutest 2)

3 analogovyacute vyacutestup

4 komunikačniacute port s UMC

5 popisovyacute štiacutetek

6 digitaacutelniacute vstupy (110V AC- 230V AC)

7 3 stavoveacute LED

zelenaacute ndash zařiacutezeniacute v provozu

žlutaacute ndash vyacutestraha

červenaacute ndash porucha modulu

8 svorky pro napaacutejeniacute 24 V DC

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 24

24 Proudovyacute měřiacuteciacute transformaacutetor

Proudoveacute měřiacuteciacute transformaacutetory sloužiacute pro měřeniacute většiacutech hodnot střiacutedavyacutech proudů než je

dovoleno měřiacuteciacutem přiacutestrojem a takeacute ke galvanickeacutemu odděleniacute vedeniacute od měřiacuteciacuteho přiacutestroje

Funkce je založena na principu elektromagnetickeacute indukce Primaacuterniacute vinutiacute je tvořeno silovyacutem

vodičem měřeneacuteho vedeniacute Průchodem proudu primaacuterniacutem vedeniacutem se v magnetickeacutem obvodu

(jaacutedru) vytvaacuteřiacute magnetickyacute tok Φ a na zaacutekladě Faradayova zaacutekona elektromagnetickeacute indukce se

v sekundaacuterniacutem vinutiacute indukuje napětiacute Na sekundaacuterniacute vinutiacute je připojena měřiacuteciacute soustava

Obr 27 Magnetizačniacute charakteristika feromagnetickeacuteho materiaacutelu

Z průběhu magnetizačniacute charakteristiky feromagnetickeacuteho materiaacutelu (zaacutevislosti magnetickeacute

indukce na intenzitě magnetickeacuteho pole ) je patrnyacute stav kdy dojde k nasyceniacute magnetickeacuteho

obvodu transformaacutetoru Při nasyceniacute dochaacuteziacute ke změně vlastnostiacute feromagnetickeacuteho materiaacutelu

a křivka se od lineaacuterniacuteho průběhu odklaacuteniacute (tzv koleno magnetizačniacute křivky)

Obr 28 Měřiacuteciacute transformaacutetor proudu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 25

241 Externiacute proudovyacute transformaacutetor CTs

Externiacute přiacutestrojovyacute transformaacutetor proudu (daacutele jen PTP) se použiacutevaacute v přiacutepadě je-li jmenovityacute

proud motoru vyššiacute než 63A tzn sloužiacute k přizpůsobeniacute proudoveacuteho rozsahu na hodnotu kterou

je schopno UMC změřit UMC100 je schopneacute pracovat pomociacute sveacuteho vnitřniacuteho transformaacutetoru

proudu s proudem 024A až 63A Použitiacutem externiacuteho proudoveacuteho transformaacutetoru je možneacute měřit

až do hodnoty 850A PTP k UMC100 majiacute převod 1854 3104 5004 a 8504 Sekundaacuterniacutemu

vinutiacute odpoviacutedajiacute 4A což uvaacutediacute popis jednotlivyacutech typů proudovyacutech transformaacutetorů uvedenyacutech v

Tab 23 (čiacuteslo uvedeneacute za lomiacutetkem) např CTxLxxxR4 PTP maacute definovanou třiacutedu přesnosti

3 v celeacutem rozsahu měřeneacuteho proudu K nasyceniacute magnetickeacuteho obvodu transformaacutetoru dochaacuteziacute

přibližně při osminaacutesobku jmenoviteacuteho proudu In Transformaacutetor je navržen s třiacutedou přesnosti

5P10 to znamenaacute že je deklarovaacutena průměrnaacute chyba menšiacute než 5 při 10 naacutesobku jmenoviteacute

hodnoty proudu

Typ Rozsah měřeneacuteho proudu

[A] Max proud CT

[A]

CT4L185R4 60 až 185 1480

CT4L310R4 180 až 310 2480

CT5L500R4 300 až 500 4000

CT5L850R4 500 až 850 6800

Tab 23 Typy externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů s měřenyacutem rozsahem proudu [1]

Přiacuteklad zvoleniacute přiacuteslušneacuteho proudoveacuteho transformaacutetoru

Maacuteme-li asynchronniacute motor se jmenovityacutem proudem napřiacuteklad In =190 A a rozběhovyacutem proudem

pak

(241)

Podle jmenoviteacuteho proudu motoru In ležiacuteciacuteho v rozsahu měřeneacuteho proudu přiacuteslušneacuteho CT

určiacuteme typ CT Nachaacuteziacute-li se jmenovityacute proud na mezi některeacuteho z měřenyacutech rozsahů CT voliacute se

takovyacute transformaacutetor kteryacute maacute většiacute hodnotu maximaacutelniacuteho proudu než vyacuteslednyacute proud

vypočtenyacute Pro přiacutepad kdy In = 190 A je zvolenyacute typ CT4L310R4 Maximaacutelniacute proud Imax splňuje

požadavek kdy Imax lt max proud CT [1]

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezky představujiacute konstrukce externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 26

Obr 29 Konstrukce CT4L185R4 a CT4L310R4 [3]

Obr 210 Konstrukce CT5L500R4 a CT5L850R4 [3]

Zapojeniacute svorkovnice proudoveacuteho transformaacutetoru CTxLxxxR4 a propojeniacute s integrovanyacutem

proudovyacutem transformaacutetorem UMC100 Na Obr 211 je takeacute ukaacutezka zapojeniacute měřiacuteciacuteho modulu

VI150 na přiacutevodniacutech faacuteziacutech motoru a dodrženyacutem spraacutevnyacutem sledem faacutezovyacutech vodičů

Obr 211 UMC100-FBP s CT a VI150 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 27

Obecně platiacute že vyacutevody sekundaacuterniacuteho vinutiacute měřiacuteciacuteho transformaacutetoru proudu jsou buď

zapojeny na zaacutetěž nebo jsou propojeny do zkratu a jeden z vyacutevodů je uzemněn Princip je patrnyacute

z Obr 212 V praxi dochaacuteziacute k několika chybaacutem způsobenyacutech neznalostiacute problematiky Jednou

může byacutet neuzemněniacute jedneacute ze svorek sekundaacuterniacuteho vinutiacute Pak vznikaacute kapacitniacute vazba a

sekundaacuterniacute vinutiacute v nepřiacutezniveacutem přiacutepadě může vysokyacutem napětiacutem termionicky působit - jiskřit na

kostru Při delšiacutem trvaacuteniacute jiskřiveacuteho vyacuteboje v jednom miacutestě se mohou vytvořit vodiveacute cesty a dojiacutet

k průrazu izolace vodiče k nežaacutedouciacutemu potenciaacutelu [8]

Obr 212 Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů proudu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 28

25 Monitorovaciacute zařiacutezeniacute zemniacuteho spojeniacute CEM11-FBP

Monitorovaciacute zařiacutezeniacute CEM11 sloužiacute pro sledovaacuteniacute svodovyacutech proudů respektive zemniacutech

poruch způsobenyacutech nejčastěji poškozenou izolaciacute Detekovaacuteniacute takoveacuteto zemniacute poruchy vede

k odpojeniacute motoru aby nedošlo k jeho většiacutemu poškozeniacute nebo vede k upozorněniacute obsluhy

Možneacute použitiacute je jak v siacutetiacutech uzemněnyacutech tak i neuzemněnyacutech

Průvlečneacute oko je tvořeno toroidniacutem transformaacutetorem kteryacutem jsou vedeny všechny 3 faacutezoveacute

vodiče motoru Zařiacutezeniacute hliacutedaacute to aby součet faacutezorů proudů byl nulovyacute Jakmile dojde k zemniacutemu

spojeniacute tzn součet faacutezorů proudů je nenulovyacute integrovanaacute elektronika CEM11 sepne nebo

rozepne vyacutestup Vyacutestup z CEM11 pracuje jako kontakt kteryacute detekovanou hodnotou proudu

sepne nebo rozepne 24V DC jenž poteacute může byacutet připojeno jako např digitaacutelniacute vstup do UMC

Nastaveniacute zpožděniacute sepnutiacute varovaacuteniacute nebo odpojeniacute lze zvolit v UMC a to v rozsahu od 01s ndash

255s Nastaveniacute citlivosti spiacutenaacuteniacute je možneacute v několika krociacutech Poloha přepiacutenače (0-7) s toleranciacute

na pozici 0 cca plusmn30 a daacutele vždy s toleranciacute cca plusmn10

CEM11 je možneacute uložit spolu s ostatniacutemi komponenty na DIN lištu normovaneacuteho rozměru

35mm nebo pomociacute přiacutedavneacuteho klipu pro nejmenšiacute rozměr CEM11-FBP20 [1]

Průměr průvlečneacuteho

oka [mm]

Proudovyacute rozsah

[mA]

20 80 - 1700

35 100 - 3400

60 120 - 6800

120 240 - 13600

Tab 24 Rozměry vyraacuteběnyacutech CEM11-FBPs udaacutevanyacutemi hodnotami svodovyacutech proudů

Obr 213 Zapojeniacute CEM11-FBP do obvodu [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 29

26 Napaacutejeciacute zdroj

Pro napaacutejeniacute modulů UMC100 DX122 a VI150 sloužiacute zdroj typu CP-D 2413 Jednaacute se o

napaacutejeciacute zdroj kteryacute na sveacutem vyacutestupu dovoluje regulaci napětiacute 24-28V DC s toleranciacute plusmn 1

Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute je umožněna z důvodu připojeniacute modulů na dlouheacute vedeniacute kde

vznikajiacute uacutebytky napětiacute praacutevě vlivem deacutelky vedeniacute Zpravidla klesne-li na vedeniacute napětiacute od

jednoho zdroje na ktereacutem je nastaveno maximaacutelniacute vyacutestupniacute napětiacute pod minimaacutelniacute hodnotu

potřebnou pro napaacutejeniacute modulu je nutneacute použiacutet dalšiacute napaacutejeciacute zdroj Maximaacutelniacute proud zdroje je

Imax = 13A a jmenovityacute vyacutestupniacute vyacutekon 30W Tento typ zdroje je diacuteky svyacutem modulaacuterniacutem

rozměrům možneacute umiacutestit na DIN lištu (EN50022-35) [6]

Naacutesledujiacuteciacute zatěžovaciacute charakteristika znaacutezorňuje zaacutevislost svorkoveacuteho napětiacute zdroje na

odebiacuteraneacutem proudu pro teplotu T=25degC

Obr 214 Zatěžovaciacute charakteristika zdroje CP-D 2413[6]

Obr 215 Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 30

27 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

Tento modul poskytuje komunikaci pro FieldBusPlug zařiacutezeniacute jako je např UMC100

s počiacutetačem prostřednictviacutem siacutetě Ethernet K MTQ22 lze připojit až 4 zařiacutezeniacute pro uacutesporu

naacutekladů Naacutesledujiacuteciacute popis je vztažen k Obr 216 kde jsou znaacutezorněny jednotliveacute čaacutesti modulu

1 konektory s označeniacutem X1 až X4 sloužiacute pro připojeniacute až 4 zařiacutezeniacute FBP

2 LED diody pro signalizaci aktuaacutelniacuteho stavu komunikace

3 micro USB konektor s označeniacutem X5 pro připojeniacute a konfiguraci pomociacute PC

4 dvě RJ45 zaacutesuvky s označeniacutem E1 a E2 pro připojeniacute pomociacute Ethernetoveacuteho kabelu

5 konektor pro připojeniacute 24V DC napaacutejeciacuteho napětiacute nese označeniacute X6

Obr 216 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 31

OCHRANNEacute FUNKCE 3Kontroleacuter nabiacuteziacute velkeacute množstviacute ochrannyacutech funkciacute potřebnyacutech pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacuteho chodu

motoru Některeacute funkce jsou aktivniacute pouze po čaacutest běhu motoru typicky při startu motoru jineacute

po jeho rozběhu Naacutesledujiacuteciacute tabulka (Tab 31) nastiacuteniacute přehled nejdůležitějšiacutech ochran motoru a

čas kdy jsou aktivovaacuteny

Ochrannaacute funkce Aktivniacute

Při tepelneacutem přetiacuteženiacute Vždy

Při zablokovaneacutem rotoru Při startu motoru

Při proudoveacutem přetiacuteženiacute Po startu

Při proudoveacutem podtiacuteženiacute Po startu

Sled faacuteziacute Vždy

Při faacutezoveacute nesymetrii Vždy

Při ztraacutetě faacuteze Vždy

PTC ochrana Vždy

Při zemniacutem spojeniacute Vždy po spuštěniacute

Při napěťovyacutech špičkaacutech Vždy

Při harmonickeacutem zkresleniacute Vždy

Tab 31 Ochranneacute funkce [1]

Nastaveniacute parametrů jednotlivyacutech ochran probiacutehaacute pomociacute UMC100-PAN

31 Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute

UMC100 disponuje nastavitelnyacutem vypiacutenaacuteniacutem při tepelneacutem přetiacuteženiacute podle třiacuted 5E 10E 20E

30E a 40E viz Obr 31 Tyto třiacutedy uvaacutedějiacute poměr mezi aktuaacutelniacutem prochaacutezejiacuteciacutem proudem

motorem I a jmenovityacutem proudem motoru In uvedenyacutem na štiacutetku v zaacutevislosti na maximaacutelniacute době

rozběhu t

Třiacuteda 5E 10E 20E 30E 40E

t [s] 15 3 6 3 12

Tab 32 Třiacutedy přetiacuteženiacute a čas odpojeniacute

Lze hovořit o dvou typech rozběhu motoru

1 normaacutelniacute rozběh - do 10s

2 těžkyacute rozběh - viacutece jak 10s

Při rozběhu zatiacuteženeacuteho motoru se otaacutečky zvyšujiacute z nuloveacute hodnoty na jmenovitou přičemž

dochaacuteziacute k naacuterůstu proudu až na několikanaacutesobek jeho jmenoviteacute hodnoty Zpravidla u většiacutech

motorů byacutevaacute naacuterůst až 10In tudiacutež v tento bdquokritickyacuteldquo okamžik nesmiacute vybavit ochrana na tepelneacute

přetiacuteženiacute Rozběh motoru pro UMC končiacute při poklesu proudu I na hodnotu 135 proudu

jmenoviteacuteho In nebo při dosaženiacute jmenovityacutech otaacuteček nn Udaacutevaneacute časy představuje Tab 32

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 32

311 Určeniacute teploty vinutiacute a vypiacutenaciacute třiacutedy

Podle způsobu určeniacute teploty vinutiacute motoru se ochrany rozlišujiacute na proudově nezaacutevisleacute a

proudově zaacutevisleacute

Proudově nezaacutevisleacute ochrany měřiacute přiacutemo teplotu ve vinutiacute motoru pomociacute vhodneacuteho čidla

teploty zpravidla termistoru Tiacutemto způsobem lze zjistit nedovoleneacute otepleniacute způsobeneacute např

poruchou cirkulace vzduchu kterou proudově zaacutevislaacute ochrana neniacute schopna vyhodnotit

Proudově zaacutevisleacute ochrany vyhodnocujiacute teplotu vinutiacute motoru nepřiacutemo a to prostřednictviacutem

vyacutepočtoveacuteho modelu z provozniacuteho proudu motoru Zvyacutešeniacute provozniacuteho proudu motoru maacute za

naacutesledek otepleniacute ktereacute vede trvaacute-li delšiacute dobu k poškozeniacute nebo zničeniacute motoru Ochrana při

tepelneacutem přetiacuteženiacute ndash TOL chraacuteniacute motor před přehřaacutetiacutem Tepelnyacute model je vypočiacutetaacutevaacuten za chodu i

v klidu motoru a z těchto stavů se pak zjistiacute tepelnaacute kapacita Znalost teacuteto hodnoty vede

k maximalizaci produktivity Funkčnost tepleneacuteho modelu je v souladu s normou

Při použitiacute motoru pro cyklickeacute operace dochaacuteziacute ke schodoviteacutemu zvyšovaacuteniacute teploty motoru Je

zapotřebiacute volit spraacutevnyacute čas intervalu mezi cykly aby nedochaacutezelo k přehřaacutetiacute a zbytečneacutemu

poškozeniacute izolace vinutiacute motoru

Funkce Thermal load (tzv tepelnaacute zaacutetěž) hliacutedaacute poměr aktuaacutelniacuteho prochaacutezejiacuteciacuteho proudu I a

jmenoviteacuteho proudu In motoru Jakmile poměr IIn přesaacutehne 100 začiacutenaacute odpočet TTT a motor

bude odpojen po uplynutiacute nastaveneacute periody Možnost opětovneacuteho spuštěniacute přetiacuteženeacuteho motoru

proběhne po jeho vychladnutiacute To je možneacute nastavit dvěma způsoby [1]

1 Ručně nastavenou periodou během ktereacute je motor blokovaacuten proti spuštěniacute

(ovlivňovaacuteno velikostiacute motoru teplotou prostřediacute kde je motor použit zda je vybaven

ventilaacutetorem či neniacute apod)

2 Nastaveniacutem procentuaacutelniacute hodnoty tepelneacute kapacity do ktereacute nebude moci obsluha

motor spustit (při nastaveniacute 50 nedojde k odblokovaacuteniacute ochrany pokud neklesne

tepelnaacute kapacita pod zadanou hodnotu)

Určeniacute vypiacutenaciacute třiacutedy je představeno na naacutesledujiacuteciacutem přiacutekladu

Maacuteme-li trojfaacutezovyacute asynchronniacute motor o vyacutekonu 22kW poměr IIn = 5 a maximaacutelniacute dobu

rozběhu to = 10s Z přiloženeacuteho grafu vypiacutenaciacutech třiacuted pro studenyacute motor určiacuteme požadovanou

třiacutedu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 33

Obr 31 Vypiacutenaciacute třiacutedy pro UMC100-FBP[1]

Z vyacutesledku je patrneacute že motor budeme vypiacutenat proti přetiacuteženiacute podle třiacutedy 5E jelikož křivka

pro 5E je pod maximaacutelniacute dobou rozběhu to = 10s Pokud by došlo ke zvoleniacute např třiacutedy 10E

hrozilo by poškozeniacute motoru jelikož by na motor působilo přetiacuteženiacute delšiacute dobu než je tomu

dovoleno [10]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 34

32 Ochrana při zablokovaneacutem rotoru

V okamžiku připojeniacute motoru na napaacutejeciacute siacuteť se rotor neotaacutečiacute (n = 0 s = 1) Motor je ve

stavu nakraacutetko a jeho proud je omezen pouze ohmickyacutemi odpory a rozptylovyacutemi reaktancemi

vinutiacute Zaacuteběrnyacute proud I1z dosahuje většinou 4 až 10 x většiacutech hodnot než proud jmenovityacute In

Určit velikost tohoto proudu je možneacute ze vztahu 321

radic

kde

U1 - Vstupniacute napětiacute

R1 - Odpor primaacuterniacuteho vinutiacute

Xr1 - Reaktance statoroveacuteho vinutiacute

Xrsquor20 - Reaktance zabrzděneacuteho rotoru

Rlsquo2s - Celkovyacute činnyacute odpor rotoru

RFe - Činnyacute odpor magnetickeacuteho obvodu

Xm - Reaktance magnetickeacuteho obvodu

I1z - Zaacuteběrnyacute proud

Obr 32 Obvodovyacute model asynchronniacuteho motoru pro jednu faacutezi statoroveacuteho vinutiacute ndash nakraacutetko

Velkyacute zatěžovaciacute moment Mz nebo mechanickaacute porucha může zapřiacutečinit zablokovaacuteniacute rotoru

Ochrannaacute funkce detekuje dlouhou počaacutetečniacute situaci kteraacute je praacutevě důsledkem zmiacuteněnyacutech přiacutečin

UMC100 tiacutemto odpojiacute motor od napaacutejeniacute čiacutemž ho ochraacuteniacute od nadměrneacuteho tepelneacuteho namaacutehaacuteniacute

V uživatelskeacutem prostřediacute je možneacute individuaacutelně nastavit jak maximaacutelniacute proud tak i čas po

ktereacutem dojde k odpojeniacute zablokovaneacuteho motoru Pro experimentaacutelniacute použitiacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy je nastavena hodnota poměru pro odpočet a naacutesledneacute odpojeniacute IIn na 300 [1] [9]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 35

33 Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute zabezpečiacute odpojeniacute motoru vyskytne-li se v obvodu většiacute

hodnota proudu než nastavenaacute jmenovitaacute In Bliacuteže tuto funkci představiacute přiloženyacute průběh Funkce

je aktivniacute až po roztočeniacute motoru v okamžiku rozběhu je neaktivniacute

Princip ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Do okamžiku T1 od zapnutiacute klesne zaacuteběrnyacute proud na hodnotu cca Ix = 135 In V časoveacutem

uacuteseku T1 až T2 dochaacuteziacute k naacuterůstu prochaacutezejiacuteciacuteho proudu motorem V okamžiku T2 překročiacute

proud hodnotu Ivar Tiacutemto okamžikem začne odpočet nastaveneacute doby zpožděniacute tvar kteraacute po

uplynutiacute sepne signalizaci varovaacuteniacute nadproudoveacuteho přetiacuteženiacute Odpočet doby tvar narůstaacute je-li

proud motorem I gt Ivar Jakmile proud I ge Iodp dochaacuteziacute k sepnutiacute čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute todp

Platiacute-li podmiacutenka I ge Iodp a dojde k načteniacute hodnoty todp UMC100 odpojiacute motor od napaacutejeniacute a tiacutem

zabraacuteniacute jeho poškozeniacute

Obr 33 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu přetiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash dosaženiacute vysokeacute proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash dosaženiacute hodnoty proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

34 Ochrana při proudoveacutem podtiacuteženiacute

Jakmile hodnota (činneacuteho) proudu klesne pod nastavenou uacuteroveň kteraacute je pro danyacute proces

typickaacute dojde v UMC100 k vybaveniacute ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a motor odpojiacute od

napaacutejeniacute Tato ochrana se předevšiacutem využiacutevaacute pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacute funkce čerpadla když detekuje

ztraacutetu jeho saacuteniacute či pro paacutesoveacute dopravniacuteky ve vyacuterobniacutech provozech Včasneacute varovaacuteniacute a odpojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 36

motoru snižuje zejmeacutena prostoje vyacuteroby Princip varovaacuteniacute a odpojeniacute je představen na

naacutesledujiacuteciacutem průběhu jak tomu bylo u ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Princip ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute zobrazeneacuteho průběhu

Po poklesu aktuaacutelniacuteho proudu v okamžiku T1 motor normaacutelně běžiacute V časoveacutem uacuteseku T1 až

T2 dochaacuteziacute k poklesu proudu pod jmenovitou hodnotu In až na nastavenou hodnotu Ivar Při

dosaženiacute teacuteto hodnoty začne odpočet varovaacuteniacute proudoveacuteho podtiacuteženiacute Nepřesaacutehne-li proud za

dobu kratšiacute než tvar mez Ivar (tzn nevzroste-li se zpět k In) dojde ke spuštěniacute signalizace

proudoveacuteho podtiacuteženiacute Při pokračujiacuteciacutem poklesu proudu jak je patrneacute v časoveacutem intervalu T2-T3

až na mez Iodp dojde k čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute Při překročeniacute nastaveneacute doby todp a za

podmiacutenky že proud I le Iodp UMC100 motor odpojiacute od napaacutejeciacute siacutetě

Obr 34 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash niacutezkaacute proudovaacute uacuteroveň kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash hodnota proudu kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

Popis funkce ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute blokoveacuteho scheacutematu

Signaacutel Istart představuje hodnotu proudu po startu motoru- log 1(tzn Signalizace motoru v

chodu) Tento signaacutel tvořiacute vstup logickeacuteho hradla AND (1) Funkci tohoto hradla znaacutezorňuje

přiloženaacute tabulka Tab 33 Druhyacute vstup signalizuje aktuaacutelniacute hodnotu proudu kteraacute motorem

proteacutekaacute Je-li proud IltIvar detekuje hradlo AND druhou logickou jedničku a hradlo vybaviacute podle

přiloženeacute tabulky Tento signaacutel z hradla aktivuje časovač zpožděniacute varovaacuteniacute Po uplynutiacute

nastaveneacuteho časoveacuteho uacuteseku signalizuje podtiacuteženiacute Dochaacuteziacute-li staacutele k poklesu proudu až do

uacuterovně kdy IltIodp pak na druheacutem logickeacutem hradle AND (2) budou na vstupu log 1 Sepne

čiacutetaacuteniacute zpožděniacute vypnutiacute a po uplynutiacute doby UMC motor vypne

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 37

Obr 35 Blokoveacute scheacutema ochrany proti proudoveacutemu podtiacuteženiacute [1]

Vstup Vyacutestup

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

Tab 33 Princip funkce logickeacuteho hradla AND

341 Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek

Při chodu asynchronniacuteho motoru odebiacuteraacute stroj ze siacutetě jalovyacute proud kteryacute je potřebnyacute pro

vytvořeniacute magnetizace hlavniacuteho magnetickeacuteho obvodu Tento tzv magnetizačniacute proud je

nezaacutevislyacute na zatiacuteženiacute stroje Uplatněniacute nalezne zejmeacutena při chodu napraacutezdno a maleacutem zatiacuteženiacute

kdy je uacutečiniacutek motoru niacutezkyacute Motor maacute tedy nejleacutepe pracovat při plneacutem zatiacuteženiacute[11]

Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek jsou důležiteacute parametry pro detekovaacuteniacute niacutezkeacute zaacutetěže nebo situace bez

zaacutetěže např uzavřenyacute ventil Pomociacute napěťoveacuteho modulu VI15x a UMC je měřeno sdruženeacute

(faacutezoveacute) napětiacute faacutezovyacute proud čili i faacutezovyacute posuv mezi proudem a napětiacutem - cos φ Pomociacute těchto

parametrů je UMC schopneacute analogicky spočiacutetat hodnotu činneacuteho přiacutekonu

radic

Poklesne-li poteacute činnyacute přiacutekon pod nastavenou procentuaacutelniacute hodnotu P (př 85 Pn) motor vypne

tj bude-li PPn le 085

Experimentaacutelniacutem měřeniacutem v raacutemci laboratorniacute uacutelohy byla pomociacute přiacutestroje Yokogawa WT1800

změřena zaacutevislost uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute motoru Z vyacutesledneacuteho grafu (Obr 37) je

patrneacute že se snižovaacuteniacutem zatiacuteženiacute rotoru klesaacute velikost uacutečiniacuteku Naměřeneacute hodnoty pro konstrukci

grafu jsou uvedeny v přiacuteloze

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 38

Obr 36 Charakteristiky asynchronniacuteho motoru při zatiacuteženiacute [11]

Obr 37 Graf zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti P2

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

01

02

03

04

05

06

07

08

09

0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000

P1 [

W]

cos

ϕ [

-]

P2 [W]

P2 P1 Q1

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 39

35 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

Princip ochrany

Je-li poměr nejnižšiacuteho proudu (Imin) a nejvyššiacuteho proudu (Imax) ve faacuteziacutech nad nastavenou

uacuterovniacute pro varovaacuteniacute sepne signalizace ztraacutety faacuteze Jakmile ovšem tento poměr překročiacute

nastavenou hodnotu pro odpojeniacute motoru sepne zpožděniacute vypnutiacute a podle nastaveneacute třiacutedy

přetiacuteženiacute motor po uplynutiacute časoveacuteho intervalu odpojiacute

Funkce faacutezoveacute nesymetrie je aktivniacute pouze tehdy je-li proud ve všech třech faacuteziacutech gt 25 In

(jmenoviteacuteho proudu) [1]

Naacutesledujiacuteciacute rovnice představuje vyacutepočet procentuaacutelniacuteho poměru proudu pro vypnutiacute motoru při

uacuteplneacute ztraacutetě faacuteze

(

)

36 Ochrana sledu faacuteziacute

Ochrana sledu faacuteziacute hliacutedaacute zejmeacutena spraacutevnyacute směr otaacutečeniacute motoru Důležiteacute pro použitiacute teacuteto

ochrany je miacutesto zapojeniacute napěťoveacuteho modulu VI15x Pokud by byl modul zapojen za stykači

nastala by chyba při reverzniacutem zapojeniacute Na stykačiacutech dochaacuteziacute zapojeniacutem k zaacuteměně dvou

faacutezovyacutech vodičů a tiacutem i změně směru otaacutečeniacute motoru UMC s pomociacute VI150 vyhodnotiacute situaci

jako chybovou a vypne motor Napěťovyacute modul se tedy zpravidla umiacutesťuje hned za hlavniacute jistiacuteciacute

prvek viz Obr 44

37 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Jedno z největšiacutech nebezpečiacute pro motor představuje ztraacuteta jedneacute napaacutejeciacute faacuteze Chod na 2

napaacutejeciacute faacuteze zatěžuje motor na tepelneacute uacutečinky proudu vlivem zvyacutešeniacute proudu ve zbylyacutech 2

faacuteziacutech UMC100 v tomto přiacutepadě vypiacutenaacute motor podle předem stanovenyacutech časovyacutech intervalů

Intervaly vypnutiacute jsou stejneacute jako pro ochranu proti proudoveacutemu přetiacuteženiacute (Tab 32) a

odpoviacutedajiacute nastaveneacute třiacutedě přetiacuteženiacute Tuto ochranu dřiacuteve zajišťovalo tepelneacute releacute ktereacute v tomto

přiacutepadě nemusiacute byacutet použito

38 PTC ochrana

381 Termistor

Termistor je polovodičovyacute nelineaacuterniacute dvojpoacutel jehož odpor se měniacute v zaacutevislosti na teplotě

prostřediacute ve ktereacutem pracuje Jeho vyacutehodou je že velmi rychle a citlivě reaguje na změnu teploty

Rozlišujeme zpravidla 2 druhy termistorů

1 NTC (Negative Temperature Coefficient) - termistor se zaacutepornyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou klesaacute jeho odpor (roste elektrickaacute vodivost a proud)

2 PTC (Positive Temperature Coefficient) ndash termistor s kladnyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou jeho odpor roste

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 40

Obr 38 Zaacutevislost odporu termistoru na teplotě

Použitiacute termistorů

NTC termistory se použiacutevajiacute zpravidla k měřeniacute teploty PTC se nejčastěji využiacutevaacute

v kuchyňskyacutech spotřebičiacutech kde je požadovaacutena konstantniacute teplota v termostatech a pro hliacutedaacuteniacute

teploty vinutiacute motorů

382 Princip PTC ochrany v UMC

Ochrana obecně spadaacute do skupiny proudově nezaacutevislyacutech ochran Pro připojeniacute PTC

termistoru sloužiacute na UMC100 svorky s označeniacutem T1 a T2 PTC zvyšuje svůj odpor s rostouciacute

teplotou proto je možneacute ho použiacutet pro hliacutedaacuteniacute teploty např vinutiacute statoru UMC je schopneacute

vyhodnotit tuto změnu odporu a vydaacute signaacutel k odpojeniacute motoru od siacutetě [7]

39 Ochrana při zemniacutem spojeniacute

Ochrana při zemniacutem spojeniacute spočiacutevaacute v ochraně motoru siacutetě a technologie při nežaacutedouciacutech

vlivech způsobenyacutech zejmeacutena staacuternutiacutem izolace a jejiacutem zhoršenyacutem izolačniacutem uacutečinkem

Naacutesledkem přetěžovaacuteniacute vedeniacute vlhkostiacute kondenzaciacute vody v elektrickeacutem zařiacutezeniacute nebo vrstvou

vodiveacuteho prachu jsou praacutevě zhoršeneacute vlastnosti izolačniacuteho materiaacutelu To vede k nechtěneacutemu

zemniacutemu spojeniacute Zemniacute spojeniacute je monitorovaacuteno pomociacute UMC spolu se zařiacutezeniacutem CEM11 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 41

DEMONSTRAČNIacute PŘIacutePRAVEK 4

41 Naacutevrh přiacutepravku

Pro demonstraci UMC100 a dalšiacutech prvků řady produktů od společnosti ABB sro byl

navržen přiacutepravek pomociacute software AutoCAD a Inventor Professional kteryacute byl poteacute zrealizovaacuten

a oživen Nosnaacute konstrukce (Obr 41) je vyrobena z jӓckelu o rozměru 25x25mm

Obr 41 Nosnaacute konstrukce

Čelniacute panel tvořiacute plech s rozměry 500x400mm a tloušťky 2mm Plech je osazen

rozvaděčovyacutemi kanaacutely 25x60mm a všemi potřebnyacutemi komponentami pro realizaci zapojeniacute

Vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho panelu s otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky a ovlaacutedaciacute tlačiacutetka motoru je na

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

Seznam použityacutech komponent Vyacuterobce

3-poacutelovyacute jistič C16 OEZ

Pojistkoveacute pouzdro RSP 4 Elektro Bečov

Komunikačniacute modul MTQ22-FBP ABB

Motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP ABB

Napěťovyacute modul VI150-FBP ABB

Rozšiřovaciacute modul DX122-FBP ABB

Ministykač LC1K09(LC1K12) Schneider Electric

Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A ABB

Rozvaděčovyacute kanaacutel 25x60mm KOPOS

Přiacutestrojoveacute zdiacuteřky 4mm do panelu AMASS

Tlačiacutetka do panelu 250V1A JIETONG

Tab 41 Seznam použityacutech komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 42

Pro konstrukci je důležiteacute aby navrženyacute panel rozměrově odpoviacutedal všem potřebnyacutem přiacutestrojům

a modulům Pro tuto přiacuteležitost je pomociacute software AutoCAD vytvořen vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho

panelu Obr 43 kteryacute je konstruovaacuten

Navrženyacute nosnyacute plech tloušťky 2mm na ktereacutem jsou umiacutestěny veškereacute komponenty Obr 42

Ve vrchniacute polovině plechu jsou vyvrtaacuteny otvory o průměru 4mm sloužiacuteciacute pro uchyceniacute

rozvaděčoveacuteho kanaacutelu a DIN lišty Ve středniacute čaacutesti plechu jsou 4 průvlečneacute otvory určeneacute k

průchodu vodičů ze zadniacute čaacutesti plechu (od napaacutejeciacutech svorek) do rozvaděčoveacuteho kanaacutelu na straně

předniacute Pro tuto potřebu jsou stejneacute otvory vyvrtaacuteny takeacute do dna kanaacutelu Ve spodniacute čaacutesti jsou

otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky pomociacute kteryacutech je zajištěno napaacutejeniacute panelu a poteacute napaacutejeniacute motoru

a 3 otvory na ovlaacutedaciacute tlačiacutetka k zajištěniacute ovlaacutedaacuteniacute motoru Uchyceniacute plechu k nosneacute konstrukci

je provedeno samořeznyacutemi šroubky M5 v roziacutech plechu

Obr 42 Naacutevrh plechu panelu

Vyacutekres plechu s udaacuteniacutem koacutet je obsažen v přiacuteloze praacutece viz Obr 01

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 43

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 44

42 Scheacutema zapojeniacute přiacutepravku

Demonstračniacute panel je uzpůsoben pro reverzniacute chod trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 44 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho přiacutepravku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 45

43 Vyacuteslednyacute přiacutepravek

Vyacuteslednyacute osazenyacute a zapojenyacute přiacutepravek určenyacute pro laboratorniacute uacutelohu doplněnyacute vhodnyacutemi

štiacutetky pro ovlaacutedaacuteniacute a zapojeniacute napaacutejeciacute siacutetě (VSTUP) a motoru (VYacuteSTUP)

Obr 45 Demonstračniacute přiacutepravek

Zadniacute čaacutest panelu s izolovaacuteniacutem konektorů FASTON pomociacute teplem smrštitelneacute bužiacuterky před

nebezpečnyacutem dotykem živeacute čaacutesti

Obr 46 Zadniacute pohled

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 46

44 Demonstračniacute kufr pro ABB

Pro společnost ABB sro byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 prezentujiacuteciacute

jeho možnosti Zaacutekladniacutem požadavkem naacutevrhu bylo řešeniacute pomociacute jednofaacutezoveacuteho napaacutejeniacute

Jelikož UMC100 je uzpůsobeno pro chod trojfaacutezovyacutech motorů je použit frekvenčniacute měnič

ACS50 kteryacute nabiacuteziacute při napaacutejeniacute pomociacute jednofaacutezoveacute siacutetě na sveacutem vyacutestupu napětiacute 3x230V50Hz

Pro digitaacutelniacute vstupy UMC100 a rozšiřovaciacuteho modulu DX111 je navrženo použitiacute dvoupoacutelovyacutech

paacutečkovyacutech přepiacutenačů s funkciacute (ON)-OFF-ON s napětiacutem 24V DC K signalizaci aktivniacutech vstupů

a vyacutestupů je navrženo použitiacute zelenyacutech signaacutelek Ovlaacutedaciacute panel kufru obsahuje spiacutenače pro

simulaci ztraacutety napaacutejeciacute faacuteze motoru potenciometr k simulaci faacutezoveacute nesymetrie daacutele červenou

signaacutelku pro signalizaci poruchovyacutech stavů a žlutou pro chod motoru Všechny přepiacutenače a

signaacutelky jsou přiacutestupneacute uživateli prostřednictviacutem navrženeacuteho ovlaacutedaciacuteho panelu kteryacute současně

posloužiacute jako kryt kufru (Obr 02) Jelikož pro přenosnyacute kufr neniacute nejvhodnějšiacute použitiacute

asynchronniacuteho motoru je proto použit 6-poacutelovyacute synchronniacute motor s přiacutekonem 23VA

vyacutestupniacutem vyacutekonem 105W a jmenovityacutem proudem 100mA

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 47

Obr 47 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho kufru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 48

SIMULACE OCHRAN 5Kapitola obsahuje soupis simulaciacute ochran ktereacute jsou demonstrovaacuteny v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jež se zabyacutevaacute problematikou UMC100 Z širokeacute škaacutely ochran jsou vybraacuteny 4 situace ktereacute

se v průmyslu často vyskytujiacute

51 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

K nasimulovaacuteniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii je použit posuvnyacute potenciometr kteryacute je

připojen na svorky (12) Pomociacute potenciometru bude snižovaacutena velikost napětiacute na přiacutevodniacute faacutezi

do motoru (L1) Pro demonstraci ochrany je použit napěťovyacute modul VI150 spolu s UMC100 Na

svorky modulu označeneacute (L1L2 a L3) jsou přivedeny faacuteze v uvedeneacutem sledu Při zvyšovaacuteniacute

odporu rezistoru ve faacutezi dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute napětiacute na přiacutevodniacute svorce (L1) vlivem rostouciacuteho

uacutebytku napětiacute na daneacutem rezistoru Je-li napěťovyacute modul propojen vodičem s UMC a je-li spraacutevně

nastaven UMC vyhodnotiacute po určiteacutem poklesu napětiacute a naacuterůstu proudu ve zbylyacutech dvou faacuteziacutech

(L2 a L3) jako chybovou a vybaviacute Nejprve bude vybaveno varovaacuteniacute a poteacute dojde k odpojeniacute

motoru

52 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze je motor vystaven vysokeacutemu riziku což většinou vede k jeho

zničeniacute Demonstrace ochrany proběhne uacuteplnyacutem odpojeniacutem napaacutejeciacute faacuteze L2 Pro vybaveniacute

ochrany neniacute zapotřebiacute aby byl motor v chodu neboť použitiacute napěťoveacuteho modulu VI150

detekuje nepřiacutetomnost napětiacute faacuteze a vybaviacute Při chodu motoru ochrana vybaviacute od 15s pro třiacutedu

5E a do 12s pro 40E podle nastaveneacute třiacutedy přetiacuteženiacute viz Tab 32 Princip funkce při chodu

motoru spočiacutevaacute v porovnaacuteniacute nejvyššiacute a nejnižšiacute naměřeneacute hodnoty faacutezoveacuteho proudu s

nastavenyacutemi uacuterovněmi Vyacutehodou je že signalizuje varovaacuteniacute ještě před samotnyacutem spuštěniacutem

motoru kdy může nastat stav že je přepaacutelena pojistka a obsluha toto nezaznamenala Mimo

přepaacuteleneacute pojistky se může takeacute jednat o uvolněnyacute nebo opotřebenyacute kontakt

53 Ochrana sledu faacuteziacute

Pro spraacutevnyacute chod motoru a diagnostiku pomociacute kontroleacuteru s použitiacutem napěťoveacuteho modulu je

zapotřebiacute dodržet sled faacuteziacute tzn Faacutezovyacute vodič L1rarrsvorka L1 L2 rarrsvorka L3 a L3rarrsvorka L3

Při zaacuteměně některyacutech faacutezovyacutech vodičů neprodleně vybaviacute ochrana sledu faacuteziacute a neniacute dovoleno

spuštěniacute motoru do okamžiku dokud neniacute obsluhou tento probleacutem vyřešen

54 PTC ochrana

Pro vyhodnocovaacuteniacute teploty vinutiacute statoru motoru sloužiacute termistor PTC Při zvyacutešeniacute teploty

nastaacutevaacute zvyacutešeniacute odporu termistoru (viz Obr 38) a motor odpojiacute Udaacutevanaacute odezva UMC na

změnu odporu je v rozmeziacute R = 34-38kΩ

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 49

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany

Z důvodu ochrany motoru neniacute vhodneacute vystavovat motor zvyacutešeneacute teplotě pro nastiacuteněniacute funkce

PTC ochrany Pro tento uacutečel posloužiacute zhotovenyacute box osazenyacute lineaacuterniacutem potenciometrem

s hodnotou odporu 25kΩ jemuž jsou předřazeny odpory 1kΩ a 330Ω

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 50

LABORATORNIacute UacuteLOHA 6

61 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100

Uacutekolem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute řiacutediacuteciacute a kontrolniacute jednotkou pro

provoz trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru UMC100

Motorovyacute kontroleacuter nabiacuteziacute 3 releacuteoveacute vyacutestupy Tyto vyacutestupy jsou připojitelneacute na napětiacute 230V AC s

maximaacutelniacutem proudem 1A Releacuteoveacute vyacutestupy sloužiacute zejmeacutena pro připojeniacute budiacuteciacutech ciacutevek stykačů

Hlavniacute vstupy jsou tvořeny seacuteriiacute svorek jež je umiacutestěnaacute ve spodniacute čaacutesti kontroleacuteru Svorky nesou

označeniacute (DI0 DI1 hellip DI5) Tyto digitaacutelniacute vstupy pracujiacute s napětiacutem 24V DC a sloužiacute pro

připojeniacute ovlaacutedaciacutech tlačiacutetek jako start motoru stop motoru reverzaci rozběh hvězda-trojuacutehelniacutek

nebo např použitiacute vstupu pro koncovyacute spiacutenač pro připojeniacute pomocnyacutech kontaktů stykačů či

funkci aktuaacutetor kdy je ovlaacutedaacuten pohon ventilu Vše podle nastaveniacute uživatele a pracovniacuteho

procesu Vedle hlavniacutech vstupniacutech kontaktů se nachaacuteziacute takeacute jeden vyacutestupniacute s označeniacutem (DO3)

Tento digitaacutelniacute vyacutestup lze využiacutet k připojeniacute 24V DC signalizačniacute kontrolky pro chybovaacute hlaacutešeniacute

modulu UMC100 nabiacuteziacute integrovanyacute vstup pro připojeniacute PTC termistoru Diacuteky PTC jsme

schopni hliacutedat teplotu statoroveacuteho vinutiacute a předejiacutet tiacutem zaacutevažneacutemu poškozeniacute motoru

Hlavniacute obvod

Měřeniacute proudu faacutezovyacutemi vodiči je řešeno pomociacute 3 průvlečnyacutech ok integrovanyacutech v modulu

Tato průvlečnaacute oka jsou měřiacuteciacutemi transformaacutetory proudu navinutyacutemi na toroidniacutem jaacutedře Diacuteky

těmto transformaacutetorům je kontroleacuter schopnyacute měřit proud v rozsahu 024 až 63A Pro vyššiacute

hodnoty proudů až 850A se použiacutevaacute externiacute proudovyacute transformaacutetor

Možnost rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru

UMC se v průmyslovyacutech aplikaciacutech nejčastěji použiacutevaacute s využitiacutem napěťoveacuteho a rozšiřovaciacuteho

(vstupně-vyacutestupniacuteho) modulu Pro laboratorniacute uacutelohu je použit napěťovyacute modul VI150 a

rozšiřovaciacute modul DX122 jenž jsou připojeny k UMC pomociacute UMCIO-CAB přes svorky

s označeniacutem Ca a Cb

Napěťovyacute modul VI150

K demonstraci kontroleacuteru je použit modul s označeniacutem VI150 Zařiacutezeniacute disponuje konektory pro

připojeniacute faacutezovyacutech vodičů (L1 L2 a L3) a je schopneacute měřit hodnotu sdruženeacuteho napětiacute siacutetě

S naměřenyacutemi hodnotami faacutezoveacuteho proudu pomociacute UMC dostaacutevaacuteme takeacute hodnotu faacutezoveacuteho

posuvu mezi napětiacutem a proudem tedy uacutečiniacuteku cos φ Z těchto naměřenyacutech parametrů vypočiacutetaacute

řiacutediacuteciacute jednotka kontroleacuteru činnyacute přiacutekon Ovšem pro spraacutevnou detekci napětiacute je nutneacute dodržet

zapojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 51

Vstupně-vyacutestupniacute modul DX122

Modul umožňuje rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru o dalšiacutech 8 digitaacutelniacutech vstupů na napětiacute 110-230V AC 4

releacuteoveacute vyacutestupy a 1 analogovyacute vyacutestup Pomociacute programu ABB Asset Vision Basic je možneacute

přiacutemeacute přiřazeniacute parametrů a programovaacuteniacute UMC100 a takeacute všech zařiacutezeniacute kteraacute jsou vybavena

DTM (Device Type Manager)- naacutestroj pro konfiguraci a spraacutevu zařiacutezeniacute

Komunikačniacute modul MTQ22

O komunikaci mezi UMC a PC se staraacute modul MTQ22 V software vytvořeneacutem pomociacute

vyacutevojoveacuteho prostřediacute LabVIEW lze sledovat aktuaacutelniacute měřeneacute veličiny zobrazenaacute varovaacuteniacute

poruchovyacutech stavů informace o stavu vstupů a vyacutestupů apod

Napaacutejeciacute zdroj

Napaacutejeniacute modulů zajišťuje zdroj CP-D 2413A s regulaciacute vyacutestupniacuteho napětiacute Regulace je možnaacute

v rozpětiacute 24-28V DC Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute zdroje je umožněna z důvodu požadavku

přesneacuteho napětiacute 24V DC Vlivem zatiacuteženiacute (napaacutejeniacute UMC VI a DX) vyacutestupniacute napětiacute zdroje klesaacute

podle zatěžovaciacute charakteristiky přiacuteslušneacuteho zdroje CP-D sloužiacute takeacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacutech

vstupů UMC

Ochranneacute funkce

UMC nenabiacuteziacute pouze možnost měřeniacute faacutezoveacuteho proudu ale takeacute řadu ochran při poruchovyacutech

stavech provozu Nejčastěji v praxi využiacutevanaacute ochrana je ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute kteraacute

je doprovaacutezena varovnou signalizaciacute nastaacutevajiacuteciacute poruchy

Ochrana motoru při proudoveacutem podtiacuteženiacute pracuje na obdobneacutem principu jako předchoziacute ochrana

Kontroleacuter monitoruje hladinu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu Při jeho poklesu pod nastavenou

uacuteroveň maximaacutelniacuteho dovoleneacuteho poklesu (udaacutevaneacute relativně v k jmenoviteacutemu In) dochaacuteziacute k

signalizaci chyby a odpojeniacute motoru od siacutetě

PTC ochrana spočiacutevaacute v hliacutedaacuteniacute teploty statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru pomociacute PTC

termistoru V našem přiacutepadě je použito lineaacuterniacuteho potenciometru kdy se zvyšujiacuteciacutem se odporem

potenciometru simulujeme zvyšujiacuteciacute se teplotu statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru

Při ztraacutetě některeacute napaacutejeciacute faacuteze motoru dochaacuteziacute k okamžiteacutemu blokovaacuteniacute startu motoru

Ochrana sledu faacuteziacute zajistiacute spraacutevneacute zapojeniacute vodičů L1 L2 a L3 ktereacute je slučitelneacute s nastaveniacutem v

UMC

Vlivem přerušovaneacuteho provozu např S3 kdy nedochaacuteziacute v době klidu a odpojeniacute motoru k

poklesu teploty na teplotu okoliacute může vybavit Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute - Thermal

Overload Protection (TOL)

Zablokovaniacute rotoru byacutevaacute způsobeno přiacuteliš vysokyacutem zaacutetěžnyacutem momentem Mz na hřiacutedeli motoru

nebo mechanickou poruchou Kontroleacuter je při startu schopen detekovat tento stav

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 52

62 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute uacutelohy a scheacutema zapojeniacute panelu

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 53

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 54

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha

Štiacutetek použiteacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 64 Štiacutetek motoru

63 Popis scheacutematu zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

Na vstupniacute svorky s označeniacutem VSTUP (L1 L2 L3 N PE) jsou přivedeny přiacuteslušneacute vodiče

z pracovniacuteho stolu Hlavniacute 16A jistič s vypiacutenaciacute charakteristikou typu C sloužiacute pro jištěniacute siloveacute

čaacutesti obvodu Pro jištěniacute napaacutejeciacuteho zdroje CP-D sloužiacute tavnaacute pojistka 2T250V Napěťoveacute

vstupy na modul VI150 jsou jištěny tavnou pojistkou F125250V Posuvnyacute potenciometr

umiacutestěnyacute na faacutezoveacutem vodiči L1 sloužiacute k demonstraci ochrany při faacutezoveacute nesymetrii

Komunikačniacute modul MTQ22 zajišťuje komunikaci mezi UMC a PC kdy prostřednictviacutem

Ethernetoveacute siacutetě jsme schopni čiacutest měřeneacute veličiny

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 55

64 Pracovniacute postup

1 Seznamte se s kontroleacuterem UMC100 a ostatniacutemi komponenty použityacutemi pro laboratorniacute

uacutelohu a se scheacutematem zapojeniacute uacutelohy

2 Připojte elektromotor a vstupniacute svorky na přiacuteslušneacute zdiacuteřky Před připojeniacutem vyacutekonoveacuteho

potenciometru ověřte měřeniacutem jeho minimaacutelniacute a maximaacutelniacute hodnotu odporu a

poznamenejte si je

3 Připojte potenciometr na určeneacute zdiacuteřky označeneacute čiacutesly 1 a 2 a nastavte hodnotu odporu

4 Po kontrole zapojeniacute vyučujiacuteciacutem zapněte pracoviště a nastavte autotransformaacutetor na 100

vyacutestupniacuteho napětiacute Zapněte hlavniacute jistič Kontrola a nastaveniacute komunikace mezi UMC

DX a VI

Nastaveniacute Komunikace se provede přes LCD displej naacutesledujiacuteciacutem způsobem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on

5 Stiskem tlačiacutetka VPŘED nebo VZAD na panelu uvedeme motor do chodu Pro přechod

z jednoho směru do druheacuteho je nutneacute nejprve zastavit motor tlačiacutetkem STOP Při

zastaveniacute je kontroleacuterem motor blokovaacuten po dobu 3s před dalšiacutem spuštěniacutem z důvodu

doběhu motoru Pohybem tlačiacutetek nahoru dolů pomociacute LCD v hlavniacute nabiacutedce - UMC -

můžeme sledovat aktuaacutelniacute proud motoru sdruženeacute napětiacute odebiacuteranyacute přiacutekon ze siacutetě

uacutečiniacutekhellip

6 Při provaacuteděniacute uacutelohy na brzdě (dynamometru) ověřte funkci ochrany při zablokovaacuteniacute

rotoru funkci ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a proudoveacutem přetiacuteženiacute

7 Při vybaveniacute každeacute z ochran zaznamenejte hodnotu kdy vypnula Před novyacutem startem je

důležiteacute přečiacutest zaacuteznam důvodu poruchy a proveacutest reset na panelu UMC100-PAN jinak je

START blokovaacuten

65 Měřeniacute

OCHRANA PŘED PŘEHŘAacuteTIacuteM MOTORU

Potenciometrem označenyacutem PTC je zvyšovaacutena hodnotu odporu do okamžiku kdy dojde

k odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě zapůsobeniacutem PTC ochrany Hodnota odporu potenciometru

při vybaveniacute ochrany je určena měřeniacutem na 341kΩ Odpoviacutedajiacuteciacute hodnotu teploty motoru

odečteme z grafu a hodnoty odporu potenciometru při vypnutiacute

Do tabulky zapište změřenou hodnotu odporu potenciometru při vypnutiacute Při teacuteto hodnotě odporu

odečtěte teplotu motoru z grafu Ziacuteskanou teplotu porovnejte s vypočtenou teplotou motoru

Tabulka naměřenyacutech a vypočtenyacutech hodnot

R ϑg R0 ϑ

[Ω] [degC] [Ω] [degC]

3410 136 1320 13626

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 56

Vyacutepočet vychaacuteziacute ze vztahu pro zaacutevislost elektrickeacuteho odporu vodiče na teplotě

(651)

kde

(652)

Po uacutepravě pak

α - teplotniacute součinitel elektrickeacuteho odporu (K-1

) (α = 001162 K-1

)

R0 - odpor potenciometru v zaacutekladniacute poloze

R - odpor potenciometru při vybaveniacute ochrany

ϑg - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute odečtenaacute z grafu

ϑ - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute ndash vypočtenaacute

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

R [

Ω]

ϑ [degC]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 57

Vinutiacute motoru je izolovaacuteno izolaciacute třiacutedy F (155)

Třiacuteda izolace A E B F H

Okolniacute teplota [degC] 40 40 40 40 40

Povolenyacute naacuterůst teploty [degC] 60 75 80 105 125

Teplotniacute rezerva 5 5 10 10 15

Konečnaacute teplota 105 120 130 155 180

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru [12]

OCHRANA PŘED NESPRAacuteVNYacuteM SLEDEM FAacuteZIacute

Nedodrženiacutem sledu napaacutejeciacutech faacutezovyacutech vodičů (zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů svorek L2 a L3)

jak je nastaveno v UMC provaacutediacute napěťovyacute modul blokaci startu motoru V tomto přiacutepadě

vybavuje neprodleně ochrana sledu faacuteziacute ndashPhase sequence Funkci zaznamenejte do protokolu

OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII

Zvyšovaacuteniacutem odporu vyacutekonoveacuteho potenciometru zapojeneacuteho ve faacutezi L1 (viz scheacutema zapojeniacute

uacutelohy) dochaacuteziacute k simulaci faacutezoveacute nesymetrie siacutetě Motor je odpojen v okamžiku kdy poklesne

hodnota sdruženeacuteho napětiacute mezi faacutezemi L3 a L1 přibližně na hodnotu Us = 380V Velikost

odporu při vybaveniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii činiacute 101Ω Hodnotu nesymetrie zaznamenejte

do protokolu

OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE

Ztraacuteta faacuteze se realizuje pomociacute spiacutenače v pracovniacutem stole kdy odpojiacuteme napaacutejeciacute faacutezi Změřte

čas od odpojeniacute faacuteze L2 do vybaveniacute ochrany při ztraacutetě faacuteze a poznamenejte do protokolu

66 Demonstrace ochran při použitiacute dynamometru

OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU

K testu ochrany při zablokovaacuteniacute rotoru posloužiacute dynamometr jehož hřiacutedel je spojenaacute se hřiacutedeliacute

asynchronniacuteho motoru pomociacute spojky Hřiacutedel dynamometru je poteacute mechanicky zablokovaacutena

Stiskem přiacuteslušneacuteho tlačiacutetka je proveden start motoru a sledovaacuten proud při odpojeniacute motoru od

siacutetě a čas odpojeniacute Proud při vybaveniacute ochrany při mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru dosaacutehl

hodnoty 1978A což odpoviacutedaacute 582In

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute ndash (High current protection)

Pro simulaci proudoveacuteho přetiacuteženiacute maacuteme nastavenou hodnotu odebiacuteraneacuteho proudu na 130 pro

odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě Snižovaacuteniacutem jmenovityacutech otaacuteček motoru pomociacute dynamometru

(bržděniacutem tzn n rarr 0) dochaacuteziacute k naacuterůstu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu I Odpojeniacute nastalo při

odebiacuteraneacutem proudu 447A Nastaveneacute hodnotě (13In ) naacuteležiacute proud 442A Tiacutem lze konstatovat

že vyacutesledek měřeniacute je srovnatelnyacute s hodnotami uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute

Stav proudoveacuteho podtiacuteženiacute nedostatečneacuteho proudoveacuteho zatiacuteženiacute použiacutevanyacute zejmeacutena u čerpadel

je simulovaacuten pomociacute dynamometru kdy je nastavenaacute hodnota poklesu aktuaacutelniacuteho proudu na

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 58

085In a čas odpojeniacute od siacutetě na 10s Po roztočeniacute a zatiacuteženiacute motoru na hodnotu jmenoviteacuteho

proudu jsou pomociacute dynamometru zvyšovaacuteny otaacutečky motoru n Tento proces maacute za naacutesledek

snižovaacuteniacute aktuaacutelniacuteho proteacutekaneacuteho proudu I kdy motor ztraacuteciacute zatiacuteženiacute Nastaveneacute hodnotě

podtiacuteženiacute odpoviacutedaacute aktuaacutelniacute proud 289A Při dosaženiacute teacuteto uacuterovně je spuštěn odpočet a motor za

10s odpojen

67 Vyhodnoceniacute a zaacutevěr

Vyacutesledkem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute technologiiacute pro diagnostiku

veličin při chodu trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru Při demonstračniacute simulaci ochran byly

dosaženy naacutesledujiacuteciacute vyacutesledky PTC ochrana vybavuje při hodnotě odporu 341kΩ Tato hodnota

odpoviacutedaacute teplotě ϑg = 136degC odečteneacute z grafu Vypočtenaacute teplota ϑ = 13626degC Vyacuterobce uvaacutediacute

zapůsobeniacute ochrany při hodnotě odporu v rozsahu 34-38kΩ Zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů L2 a

L3 proběhla okamžitaacute blokace spuštěniacute motoru Faacutezovaacute nesymetrie vybavila při poklesu napětiacute o

5 Ztraacutetou napaacutejeciacute faacuteze proběhlo odpojeniacute motoru v čase t = 15s Čas odpojeniacute odpoviacutedaacute třiacutedě

přetiacuteženiacute 5E kteraacute je nastavena

Při testu za použitiacute dynamometru bylo zjištěno že při zablokovaneacutem rotoru motoru zapůsobil

kontroleacuter při nastaveneacutem přetiacuteženiacute 3In Teacuteto hodnotě naacuteležiacute proud 102A Jelikož je nastavena

třiacuteda přetiacuteženiacute 5E ktereacute naacuteležiacute interval 15s a poteacute odpojeniacute motoru tak během tohoto okamžiku

vzrostla hodnota proudu na 1978A což odpoviacutedaacute 582In Při proudoveacutem přetiacuteženiacute odpoviacutedaly

vyacutesledky měřeniacute nastaveneacute hodnotě přetiacuteženiacute 13In Ve stavu proudoveacuteho podtiacuteženiacute zapůsobila

ochrana spraacutevně dle nastaveneacuteho poklesu proudu na 085In

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 18: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 18

9 znaacutezorněnaacute draacuteha proudu pro napaacutejeniacute motoru vodiči o průměru až 11mm což odpoviacutedaacute

průřezu vodiče až 25mm2

211 Stavebniacute bloky

Naacutesledujiacuteciacute scheacutema demonstruje hlavniacute funkčniacute bloky UMC100 a tok dat mezi nimi Obr 22

Hlavniacute blok (Protection) obsahuje prvky souvisejiacuteciacute s ochrannyacutemi prvky Motorovaacute ochrana maacute

vždy vyššiacute prioritu než spiacutenaacuteniacute releacuteovyacutech vyacutestupů Ochrana působiacute přiacutemo na vyacutestup releacute a může

motor zastavit Pokud selže některaacute čaacutest HW zařiacutezeniacute kontrola Hardware Supervision otevře

releacuteoveacute vyacutestupy z bezpečnostniacutech důvodů automaticky Hardware Supervision neniacute možneacute

vyřadit

Měřeniacute proudu poskytuje informace o aktuaacutelniacutem proteacutekajiacuteciacutem proudu motorem kdy zařiacutezeniacute

měřiacute proud v jednotlivyacutech faacuteziacutech a vypočte středniacute hodnotu Naacutestupce původniacuteho kontroleacuteru

UMC22 použiacutevaacute aktuaacutelniacute informace o proudu a takeacute počiacutetaacute odpoviacutedajiacuteciacute teplotu motoru pomociacute

tepelneacuteho modelu Na určiteacute definovaneacute uacuterovni skutečneacute nebo vypočiacutetaneacute teploty dojde k vypnutiacute

motoru z důvodu přetiacuteženiacute

PTC input - tento vstup sloužiacute pro připojeniacute PTC termistoru pro měřeniacute skutečneacute teploty

vinutiacute motoru

Blok (Motor control) obsahuje množstviacute řiacutediacuteciacutech funkciacute Veškereacute přiacutechoziacute přiacutekazy z hlavniacuteho

panelu z digitaacutelniacutech vstupů nebo z FBP rozhraniacute jsou seřazeny a podle nastaveniacute uživatele jsou

poteacute zpracovaacutevaacuteny Blok Starter function řiacutediacute releacuteoveacute vyacutestupy Všechny bloky pracujiacute v logickeacutem

sledu Obvykle majiacute předem definovaneacute aplikace ktereacute budou provaacutedět UMC100 ovšem nabiacuteziacute i

vytvaacuteřeniacute vlastniacutech aplikaciacute [1]

Obr 22 Zaacutekladniacute blokoveacute scheacutema UMC100-FBP a tok dat mezi hlavniacutemi čaacutestmi zařiacutezeniacute [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 19

22 Ovlaacutedaciacute panel UMC100-PAN

UMC100-PAN je LCD panel kteryacutem lze rozšiacuteřit UMC100 o zobrazovaciacute prvek Tento prvek

připojiacuteme na UMC (Obr 21 7 -Konektor pro připojeniacute ovlaacutedaciacuteho LCD panelu Control Panel

UMC100-PAN) Zmiacuteněnyacute typ LCD je možneacute připojit pouze na UMC100 jelikož neniacute

kompatibilniacute se staršiacutem typem UMC22 LCD je předevšiacutem určen pro montaacutež na čelniacutem panelu

nebo na rozvaděči Ovlaacutedaciacute panel sloužiacute k lokaacutelniacutemu zobrazeniacute všech dat Poruchy (errors) a

vyacutestrahy jsou zobrazovaacuteny v nezakoacutedovaneacute podobě Externiacute zaacutevada může byacutet doplněna

individuaacutelniacutem textem např Phase loss Veškereacute parametry je možneacute nastavovat měnit a dle

potřeby chraacutenit přiacutestupovyacutem heslem

Panel sloužiacute pro zobrazeniacute veškeryacutech uacutedajů o obvodu jako např

proud prochaacutezejiacuteciacute motorem (možneacute absolutniacute zobrazeniacute v A nebo relativniacute v )

napětiacute na jednotlivyacutech faacuteziacutech L1-L3 (při použitiacute VI150(5))

aktuaacutelniacute uacutedaje o sepnutyacutech vstupech a vyacutestupech

způsob zapojeniacute motoru-přiacutemyacute chod reverzniacute chodhellip

Při vyacuteskytu přetiacuteženiacute dojde k vybaveniacute ochrany Na LCD je možneacute sledovat časovyacute odpočet

kteryacute zbyacutevaacute do dalšiacuteho možneacuteho uvedeniacute motoru do chodu po vychladnutiacute Po uplynutiacute tohoto

časoveacuteho uacuteseku může byacutet motor opět spuštěn [1]

Obr 23 Popis UMC100-PAN

1 3 stavoveacute LED

zelenaacute ndash zařiacutezeniacute připraveno

žlutaacute ndash zařiacutezeniacute v chodu

červenaacute ndash hlaacutešeniacute poruchy

2 podsviacutecenyacute LCD display

3 vstup do menu ovlaacutedaacuteniacute (Enter Control Menu)

4 vstup do menu nastaveniacute (Enter Configuration Menu)

5 posun nahoru

6 stop motoru

7 posun dolů

8 start motoru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 20

23 Napěťovyacute a rozšiřovaciacute modul

Napěťovyacute VI15x a rozšiřovaciacute (vstupně vyacutestupniacute) modul DX1xx sloužiacute pro možneacute rozšiacuteřeniacute

UMC o dalšiacute vstupy a vyacutestupy v přiacutepadě modulu DX a o měřeniacute napětiacute pomociacute modulu VI

231 Nastaveniacute komunikace

Při použitiacute rozšiřovaciacutech modulů je nejprve nutno pomociacute UMC100-PAN nastavit jejich

připojeniacute Nastaveniacute a uvedeniacute do chodu je provedeno naacutesledujiacuteciacutem způsobem

V hlavniacutem menu (ovlaacutedaacuteniacute pomociacute LCD) vybereme položku IO modules a volbu potvrdiacuteme

přiacuteslušnyacutem tlačiacutetkem Tlačiacutetky Nahoru nebo Dolů vybereme požadovanyacute modul kteryacute chceme

propojit s kontroleacuterem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on [1]

Nastaveniacutem na bdquoonldquo uvedeme moduly do provozu Funkce napěťoveacuteho modulu (VI15x) je

ověřitelnaacute jednoduchyacutem způsobem Pokud nejsou připojeny napaacutejeciacute faacuteze na svorky L1L2 a L3

modulu zařiacutezeniacute hlaacutesiacute chybu z důvodu ochrany při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze [4] [5]

232 VI15x- FBP

VI15x je přiacutedavnyacute napěťovyacute modul sloužiacuteciacute pro měřeniacute sdruženeacuteho popř faacutezoveacuteho napětiacute

motoru Z hodnot proudu měřenyacutech UMC a napětiacute pomociacute VI15x je možno vyhodnotit faacutezovyacute

posuv mezi napětiacutem a proudem Naměřeneacute hodnoty putujiacute skrze komunikačniacute kanaacutel směrem k

UMC100 K propojeniacute s UMC100 sloužiacute piny s označeniacutem Ca a Cb Daacutele modul obsahuje svorky

pro připojeniacute jednotlivyacutech faacutezovyacutech vodičů L1L2 a L3 Pro spraacutevnyacute sled faacuteziacute a jeho detekci musiacute

byacutet dodrženo spraacutevneacute zapojeniacute vzhledem k proudům měřenyacutem v UMC VI150 sloužiacute pro

připojeniacute pouze do uzemněneacute soustavy ( TN-C nebo TN-S) Modul VI155 lze naopak použiacutet jak

pro uzemněneacute soustavy (TN) tak i pro neuzemněneacute (IT) Oba typy sloužiacute k upevněniacute na DIN

lištu [1] [3]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 21

2321 Vnitřniacute struktura VI150-FBP

Obraacutezek přibližuje vnitřniacute strukturu použiteacuteho napěťoveacuteho modulu VI150

Obr 24 Struktura napěťoveacuteho modulu VI150 [3]

Obr 25 Vnějšiacute popis modulu VI150 pro UMC100-FBP

1 konektory pro komunikaci s UMC100 a pro komunikaci s rozšiřovaciacutemi moduly DX111-

FBP a DX122-FBP

2 napěťoveacute vstupy

3 releacuteovyacute vyacutestup

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 22

4 svorky pro připojeniacute napaacutejeciacuteho napětiacute 24VDC

5 3 stavoveacute LED

zelenaacute - zařiacutezeniacute připraveno

žlutaacute - varovaacuteniacute

červenaacute - porucha zařiacutezeniacute

6 popisovyacute štiacutetek

233 DX111-FBP

Modulaacuterniacute zařiacutezeniacute umožňujiacuteciacute rozšiacuteřeniacute UMC100 o dalšiacute pomocneacute vstupy a vyacutestupy

použitelneacute pro různaacute hlaacutešeniacute a vyacutestrahy Digitaacutelniacute vstupy jsou potenciaacuteloveacute s napětiacutem 24V DC

Proto je nutneacute pro ovlaacutedaciacute obvody dodržet napětiacute 24V DC nebo bezpotenciaacuteloveacute kontakty (tj

releacute) připojeneacute ze svorky +24V

Rozšiřovaciacute modul DX111-FBP nabiacuteziacute množstviacute vstupů a vyacutestupů uvedenyacutech v (Tab 21)

Vstupy 8 digitaacutelniacutech vstupů 24V DC

Vyacutestupy 4 releacuteoveacute vyacutestupy

1 analogovyacute vyacutestup

Vstupniacute napětiacute 24V DC

Vstupniacute proud 60 mA

Logickaacute 0 -312hellip+5V DC

helliphelliphelliphellipcv1 +15hellip+312V DC

Tab 21 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX111-FBP [1]

234 DX122-FBP

Multifunkčniacute modul DX122-FBP maacute srovnatelneacute vlastnosti jako předešlaacute DX111 ovšem

rozdiacutel je v tom že DX122 nabiacuteziacute osm digitaacutelniacutech vstupů pro napětiacute 110V až 230V AC

Vstupy 8 digitaacutelniacutech vstupů 110-230V AC

Vyacutestupy 4 releacuteoveacute vyacutestupy

1 analogovyacute vyacutestup

Vstupniacute napětiacute 110V AChellip 240V AC

Vstupniacute proud 60 mA

Logickaacute 0 0hellip 40V AC

helliphelliphelliphelliphellip 1 74hellip 265V AC

Tab 22 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX122-FBP [1]

Pomocnyacute rozšiřovaciacute modul se k UMC100 připojiacute na svorky Ca a Cb patrneacute na (Obr 21)

Připojeniacute lze proveacutest prostou kroucenou dvoulinkou Vzhledem k omezenyacutem prostoraacutem

rozvaacuteděčů kam je UMC100 instalovaacuteno je možneacute připojit rozšiřovaciacute modul odděleně od

kontroleacuteru a to až do vzdaacutelenosti maximaacutelniacute deacutelky 3m [1] [5]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 23

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezek (Obr 26) opět popisuje svorky a monitorovaciacute prvky DX122

Obr 26 Vnějšiacute popis IO modulu DX122-FBP pro UMC100-FBP

1 releacuteoveacute vyacutestupy (čaacutest 1)

2 releacuteoveacute vyacutestupy (čaacutest 2)

3 analogovyacute vyacutestup

4 komunikačniacute port s UMC

5 popisovyacute štiacutetek

6 digitaacutelniacute vstupy (110V AC- 230V AC)

7 3 stavoveacute LED

zelenaacute ndash zařiacutezeniacute v provozu

žlutaacute ndash vyacutestraha

červenaacute ndash porucha modulu

8 svorky pro napaacutejeniacute 24 V DC

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 24

24 Proudovyacute měřiacuteciacute transformaacutetor

Proudoveacute měřiacuteciacute transformaacutetory sloužiacute pro měřeniacute většiacutech hodnot střiacutedavyacutech proudů než je

dovoleno měřiacuteciacutem přiacutestrojem a takeacute ke galvanickeacutemu odděleniacute vedeniacute od měřiacuteciacuteho přiacutestroje

Funkce je založena na principu elektromagnetickeacute indukce Primaacuterniacute vinutiacute je tvořeno silovyacutem

vodičem měřeneacuteho vedeniacute Průchodem proudu primaacuterniacutem vedeniacutem se v magnetickeacutem obvodu

(jaacutedru) vytvaacuteřiacute magnetickyacute tok Φ a na zaacutekladě Faradayova zaacutekona elektromagnetickeacute indukce se

v sekundaacuterniacutem vinutiacute indukuje napětiacute Na sekundaacuterniacute vinutiacute je připojena měřiacuteciacute soustava

Obr 27 Magnetizačniacute charakteristika feromagnetickeacuteho materiaacutelu

Z průběhu magnetizačniacute charakteristiky feromagnetickeacuteho materiaacutelu (zaacutevislosti magnetickeacute

indukce na intenzitě magnetickeacuteho pole ) je patrnyacute stav kdy dojde k nasyceniacute magnetickeacuteho

obvodu transformaacutetoru Při nasyceniacute dochaacuteziacute ke změně vlastnostiacute feromagnetickeacuteho materiaacutelu

a křivka se od lineaacuterniacuteho průběhu odklaacuteniacute (tzv koleno magnetizačniacute křivky)

Obr 28 Měřiacuteciacute transformaacutetor proudu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 25

241 Externiacute proudovyacute transformaacutetor CTs

Externiacute přiacutestrojovyacute transformaacutetor proudu (daacutele jen PTP) se použiacutevaacute v přiacutepadě je-li jmenovityacute

proud motoru vyššiacute než 63A tzn sloužiacute k přizpůsobeniacute proudoveacuteho rozsahu na hodnotu kterou

je schopno UMC změřit UMC100 je schopneacute pracovat pomociacute sveacuteho vnitřniacuteho transformaacutetoru

proudu s proudem 024A až 63A Použitiacutem externiacuteho proudoveacuteho transformaacutetoru je možneacute měřit

až do hodnoty 850A PTP k UMC100 majiacute převod 1854 3104 5004 a 8504 Sekundaacuterniacutemu

vinutiacute odpoviacutedajiacute 4A což uvaacutediacute popis jednotlivyacutech typů proudovyacutech transformaacutetorů uvedenyacutech v

Tab 23 (čiacuteslo uvedeneacute za lomiacutetkem) např CTxLxxxR4 PTP maacute definovanou třiacutedu přesnosti

3 v celeacutem rozsahu měřeneacuteho proudu K nasyceniacute magnetickeacuteho obvodu transformaacutetoru dochaacuteziacute

přibližně při osminaacutesobku jmenoviteacuteho proudu In Transformaacutetor je navržen s třiacutedou přesnosti

5P10 to znamenaacute že je deklarovaacutena průměrnaacute chyba menšiacute než 5 při 10 naacutesobku jmenoviteacute

hodnoty proudu

Typ Rozsah měřeneacuteho proudu

[A] Max proud CT

[A]

CT4L185R4 60 až 185 1480

CT4L310R4 180 až 310 2480

CT5L500R4 300 až 500 4000

CT5L850R4 500 až 850 6800

Tab 23 Typy externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů s měřenyacutem rozsahem proudu [1]

Přiacuteklad zvoleniacute přiacuteslušneacuteho proudoveacuteho transformaacutetoru

Maacuteme-li asynchronniacute motor se jmenovityacutem proudem napřiacuteklad In =190 A a rozběhovyacutem proudem

pak

(241)

Podle jmenoviteacuteho proudu motoru In ležiacuteciacuteho v rozsahu měřeneacuteho proudu přiacuteslušneacuteho CT

určiacuteme typ CT Nachaacuteziacute-li se jmenovityacute proud na mezi některeacuteho z měřenyacutech rozsahů CT voliacute se

takovyacute transformaacutetor kteryacute maacute většiacute hodnotu maximaacutelniacuteho proudu než vyacuteslednyacute proud

vypočtenyacute Pro přiacutepad kdy In = 190 A je zvolenyacute typ CT4L310R4 Maximaacutelniacute proud Imax splňuje

požadavek kdy Imax lt max proud CT [1]

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezky představujiacute konstrukce externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 26

Obr 29 Konstrukce CT4L185R4 a CT4L310R4 [3]

Obr 210 Konstrukce CT5L500R4 a CT5L850R4 [3]

Zapojeniacute svorkovnice proudoveacuteho transformaacutetoru CTxLxxxR4 a propojeniacute s integrovanyacutem

proudovyacutem transformaacutetorem UMC100 Na Obr 211 je takeacute ukaacutezka zapojeniacute měřiacuteciacuteho modulu

VI150 na přiacutevodniacutech faacuteziacutech motoru a dodrženyacutem spraacutevnyacutem sledem faacutezovyacutech vodičů

Obr 211 UMC100-FBP s CT a VI150 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 27

Obecně platiacute že vyacutevody sekundaacuterniacuteho vinutiacute měřiacuteciacuteho transformaacutetoru proudu jsou buď

zapojeny na zaacutetěž nebo jsou propojeny do zkratu a jeden z vyacutevodů je uzemněn Princip je patrnyacute

z Obr 212 V praxi dochaacuteziacute k několika chybaacutem způsobenyacutech neznalostiacute problematiky Jednou

může byacutet neuzemněniacute jedneacute ze svorek sekundaacuterniacuteho vinutiacute Pak vznikaacute kapacitniacute vazba a

sekundaacuterniacute vinutiacute v nepřiacutezniveacutem přiacutepadě může vysokyacutem napětiacutem termionicky působit - jiskřit na

kostru Při delšiacutem trvaacuteniacute jiskřiveacuteho vyacuteboje v jednom miacutestě se mohou vytvořit vodiveacute cesty a dojiacutet

k průrazu izolace vodiče k nežaacutedouciacutemu potenciaacutelu [8]

Obr 212 Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů proudu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 28

25 Monitorovaciacute zařiacutezeniacute zemniacuteho spojeniacute CEM11-FBP

Monitorovaciacute zařiacutezeniacute CEM11 sloužiacute pro sledovaacuteniacute svodovyacutech proudů respektive zemniacutech

poruch způsobenyacutech nejčastěji poškozenou izolaciacute Detekovaacuteniacute takoveacuteto zemniacute poruchy vede

k odpojeniacute motoru aby nedošlo k jeho většiacutemu poškozeniacute nebo vede k upozorněniacute obsluhy

Možneacute použitiacute je jak v siacutetiacutech uzemněnyacutech tak i neuzemněnyacutech

Průvlečneacute oko je tvořeno toroidniacutem transformaacutetorem kteryacutem jsou vedeny všechny 3 faacutezoveacute

vodiče motoru Zařiacutezeniacute hliacutedaacute to aby součet faacutezorů proudů byl nulovyacute Jakmile dojde k zemniacutemu

spojeniacute tzn součet faacutezorů proudů je nenulovyacute integrovanaacute elektronika CEM11 sepne nebo

rozepne vyacutestup Vyacutestup z CEM11 pracuje jako kontakt kteryacute detekovanou hodnotou proudu

sepne nebo rozepne 24V DC jenž poteacute může byacutet připojeno jako např digitaacutelniacute vstup do UMC

Nastaveniacute zpožděniacute sepnutiacute varovaacuteniacute nebo odpojeniacute lze zvolit v UMC a to v rozsahu od 01s ndash

255s Nastaveniacute citlivosti spiacutenaacuteniacute je možneacute v několika krociacutech Poloha přepiacutenače (0-7) s toleranciacute

na pozici 0 cca plusmn30 a daacutele vždy s toleranciacute cca plusmn10

CEM11 je možneacute uložit spolu s ostatniacutemi komponenty na DIN lištu normovaneacuteho rozměru

35mm nebo pomociacute přiacutedavneacuteho klipu pro nejmenšiacute rozměr CEM11-FBP20 [1]

Průměr průvlečneacuteho

oka [mm]

Proudovyacute rozsah

[mA]

20 80 - 1700

35 100 - 3400

60 120 - 6800

120 240 - 13600

Tab 24 Rozměry vyraacuteběnyacutech CEM11-FBPs udaacutevanyacutemi hodnotami svodovyacutech proudů

Obr 213 Zapojeniacute CEM11-FBP do obvodu [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 29

26 Napaacutejeciacute zdroj

Pro napaacutejeniacute modulů UMC100 DX122 a VI150 sloužiacute zdroj typu CP-D 2413 Jednaacute se o

napaacutejeciacute zdroj kteryacute na sveacutem vyacutestupu dovoluje regulaci napětiacute 24-28V DC s toleranciacute plusmn 1

Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute je umožněna z důvodu připojeniacute modulů na dlouheacute vedeniacute kde

vznikajiacute uacutebytky napětiacute praacutevě vlivem deacutelky vedeniacute Zpravidla klesne-li na vedeniacute napětiacute od

jednoho zdroje na ktereacutem je nastaveno maximaacutelniacute vyacutestupniacute napětiacute pod minimaacutelniacute hodnotu

potřebnou pro napaacutejeniacute modulu je nutneacute použiacutet dalšiacute napaacutejeciacute zdroj Maximaacutelniacute proud zdroje je

Imax = 13A a jmenovityacute vyacutestupniacute vyacutekon 30W Tento typ zdroje je diacuteky svyacutem modulaacuterniacutem

rozměrům možneacute umiacutestit na DIN lištu (EN50022-35) [6]

Naacutesledujiacuteciacute zatěžovaciacute charakteristika znaacutezorňuje zaacutevislost svorkoveacuteho napětiacute zdroje na

odebiacuteraneacutem proudu pro teplotu T=25degC

Obr 214 Zatěžovaciacute charakteristika zdroje CP-D 2413[6]

Obr 215 Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 30

27 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

Tento modul poskytuje komunikaci pro FieldBusPlug zařiacutezeniacute jako je např UMC100

s počiacutetačem prostřednictviacutem siacutetě Ethernet K MTQ22 lze připojit až 4 zařiacutezeniacute pro uacutesporu

naacutekladů Naacutesledujiacuteciacute popis je vztažen k Obr 216 kde jsou znaacutezorněny jednotliveacute čaacutesti modulu

1 konektory s označeniacutem X1 až X4 sloužiacute pro připojeniacute až 4 zařiacutezeniacute FBP

2 LED diody pro signalizaci aktuaacutelniacuteho stavu komunikace

3 micro USB konektor s označeniacutem X5 pro připojeniacute a konfiguraci pomociacute PC

4 dvě RJ45 zaacutesuvky s označeniacutem E1 a E2 pro připojeniacute pomociacute Ethernetoveacuteho kabelu

5 konektor pro připojeniacute 24V DC napaacutejeciacuteho napětiacute nese označeniacute X6

Obr 216 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 31

OCHRANNEacute FUNKCE 3Kontroleacuter nabiacuteziacute velkeacute množstviacute ochrannyacutech funkciacute potřebnyacutech pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacuteho chodu

motoru Některeacute funkce jsou aktivniacute pouze po čaacutest běhu motoru typicky při startu motoru jineacute

po jeho rozběhu Naacutesledujiacuteciacute tabulka (Tab 31) nastiacuteniacute přehled nejdůležitějšiacutech ochran motoru a

čas kdy jsou aktivovaacuteny

Ochrannaacute funkce Aktivniacute

Při tepelneacutem přetiacuteženiacute Vždy

Při zablokovaneacutem rotoru Při startu motoru

Při proudoveacutem přetiacuteženiacute Po startu

Při proudoveacutem podtiacuteženiacute Po startu

Sled faacuteziacute Vždy

Při faacutezoveacute nesymetrii Vždy

Při ztraacutetě faacuteze Vždy

PTC ochrana Vždy

Při zemniacutem spojeniacute Vždy po spuštěniacute

Při napěťovyacutech špičkaacutech Vždy

Při harmonickeacutem zkresleniacute Vždy

Tab 31 Ochranneacute funkce [1]

Nastaveniacute parametrů jednotlivyacutech ochran probiacutehaacute pomociacute UMC100-PAN

31 Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute

UMC100 disponuje nastavitelnyacutem vypiacutenaacuteniacutem při tepelneacutem přetiacuteženiacute podle třiacuted 5E 10E 20E

30E a 40E viz Obr 31 Tyto třiacutedy uvaacutedějiacute poměr mezi aktuaacutelniacutem prochaacutezejiacuteciacutem proudem

motorem I a jmenovityacutem proudem motoru In uvedenyacutem na štiacutetku v zaacutevislosti na maximaacutelniacute době

rozběhu t

Třiacuteda 5E 10E 20E 30E 40E

t [s] 15 3 6 3 12

Tab 32 Třiacutedy přetiacuteženiacute a čas odpojeniacute

Lze hovořit o dvou typech rozběhu motoru

1 normaacutelniacute rozběh - do 10s

2 těžkyacute rozběh - viacutece jak 10s

Při rozběhu zatiacuteženeacuteho motoru se otaacutečky zvyšujiacute z nuloveacute hodnoty na jmenovitou přičemž

dochaacuteziacute k naacuterůstu proudu až na několikanaacutesobek jeho jmenoviteacute hodnoty Zpravidla u většiacutech

motorů byacutevaacute naacuterůst až 10In tudiacutež v tento bdquokritickyacuteldquo okamžik nesmiacute vybavit ochrana na tepelneacute

přetiacuteženiacute Rozběh motoru pro UMC končiacute při poklesu proudu I na hodnotu 135 proudu

jmenoviteacuteho In nebo při dosaženiacute jmenovityacutech otaacuteček nn Udaacutevaneacute časy představuje Tab 32

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 32

311 Určeniacute teploty vinutiacute a vypiacutenaciacute třiacutedy

Podle způsobu určeniacute teploty vinutiacute motoru se ochrany rozlišujiacute na proudově nezaacutevisleacute a

proudově zaacutevisleacute

Proudově nezaacutevisleacute ochrany měřiacute přiacutemo teplotu ve vinutiacute motoru pomociacute vhodneacuteho čidla

teploty zpravidla termistoru Tiacutemto způsobem lze zjistit nedovoleneacute otepleniacute způsobeneacute např

poruchou cirkulace vzduchu kterou proudově zaacutevislaacute ochrana neniacute schopna vyhodnotit

Proudově zaacutevisleacute ochrany vyhodnocujiacute teplotu vinutiacute motoru nepřiacutemo a to prostřednictviacutem

vyacutepočtoveacuteho modelu z provozniacuteho proudu motoru Zvyacutešeniacute provozniacuteho proudu motoru maacute za

naacutesledek otepleniacute ktereacute vede trvaacute-li delšiacute dobu k poškozeniacute nebo zničeniacute motoru Ochrana při

tepelneacutem přetiacuteženiacute ndash TOL chraacuteniacute motor před přehřaacutetiacutem Tepelnyacute model je vypočiacutetaacutevaacuten za chodu i

v klidu motoru a z těchto stavů se pak zjistiacute tepelnaacute kapacita Znalost teacuteto hodnoty vede

k maximalizaci produktivity Funkčnost tepleneacuteho modelu je v souladu s normou

Při použitiacute motoru pro cyklickeacute operace dochaacuteziacute ke schodoviteacutemu zvyšovaacuteniacute teploty motoru Je

zapotřebiacute volit spraacutevnyacute čas intervalu mezi cykly aby nedochaacutezelo k přehřaacutetiacute a zbytečneacutemu

poškozeniacute izolace vinutiacute motoru

Funkce Thermal load (tzv tepelnaacute zaacutetěž) hliacutedaacute poměr aktuaacutelniacuteho prochaacutezejiacuteciacuteho proudu I a

jmenoviteacuteho proudu In motoru Jakmile poměr IIn přesaacutehne 100 začiacutenaacute odpočet TTT a motor

bude odpojen po uplynutiacute nastaveneacute periody Možnost opětovneacuteho spuštěniacute přetiacuteženeacuteho motoru

proběhne po jeho vychladnutiacute To je možneacute nastavit dvěma způsoby [1]

1 Ručně nastavenou periodou během ktereacute je motor blokovaacuten proti spuštěniacute

(ovlivňovaacuteno velikostiacute motoru teplotou prostřediacute kde je motor použit zda je vybaven

ventilaacutetorem či neniacute apod)

2 Nastaveniacutem procentuaacutelniacute hodnoty tepelneacute kapacity do ktereacute nebude moci obsluha

motor spustit (při nastaveniacute 50 nedojde k odblokovaacuteniacute ochrany pokud neklesne

tepelnaacute kapacita pod zadanou hodnotu)

Určeniacute vypiacutenaciacute třiacutedy je představeno na naacutesledujiacuteciacutem přiacutekladu

Maacuteme-li trojfaacutezovyacute asynchronniacute motor o vyacutekonu 22kW poměr IIn = 5 a maximaacutelniacute dobu

rozběhu to = 10s Z přiloženeacuteho grafu vypiacutenaciacutech třiacuted pro studenyacute motor určiacuteme požadovanou

třiacutedu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 33

Obr 31 Vypiacutenaciacute třiacutedy pro UMC100-FBP[1]

Z vyacutesledku je patrneacute že motor budeme vypiacutenat proti přetiacuteženiacute podle třiacutedy 5E jelikož křivka

pro 5E je pod maximaacutelniacute dobou rozběhu to = 10s Pokud by došlo ke zvoleniacute např třiacutedy 10E

hrozilo by poškozeniacute motoru jelikož by na motor působilo přetiacuteženiacute delšiacute dobu než je tomu

dovoleno [10]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 34

32 Ochrana při zablokovaneacutem rotoru

V okamžiku připojeniacute motoru na napaacutejeciacute siacuteť se rotor neotaacutečiacute (n = 0 s = 1) Motor je ve

stavu nakraacutetko a jeho proud je omezen pouze ohmickyacutemi odpory a rozptylovyacutemi reaktancemi

vinutiacute Zaacuteběrnyacute proud I1z dosahuje většinou 4 až 10 x většiacutech hodnot než proud jmenovityacute In

Určit velikost tohoto proudu je možneacute ze vztahu 321

radic

kde

U1 - Vstupniacute napětiacute

R1 - Odpor primaacuterniacuteho vinutiacute

Xr1 - Reaktance statoroveacuteho vinutiacute

Xrsquor20 - Reaktance zabrzděneacuteho rotoru

Rlsquo2s - Celkovyacute činnyacute odpor rotoru

RFe - Činnyacute odpor magnetickeacuteho obvodu

Xm - Reaktance magnetickeacuteho obvodu

I1z - Zaacuteběrnyacute proud

Obr 32 Obvodovyacute model asynchronniacuteho motoru pro jednu faacutezi statoroveacuteho vinutiacute ndash nakraacutetko

Velkyacute zatěžovaciacute moment Mz nebo mechanickaacute porucha může zapřiacutečinit zablokovaacuteniacute rotoru

Ochrannaacute funkce detekuje dlouhou počaacutetečniacute situaci kteraacute je praacutevě důsledkem zmiacuteněnyacutech přiacutečin

UMC100 tiacutemto odpojiacute motor od napaacutejeniacute čiacutemž ho ochraacuteniacute od nadměrneacuteho tepelneacuteho namaacutehaacuteniacute

V uživatelskeacutem prostřediacute je možneacute individuaacutelně nastavit jak maximaacutelniacute proud tak i čas po

ktereacutem dojde k odpojeniacute zablokovaneacuteho motoru Pro experimentaacutelniacute použitiacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy je nastavena hodnota poměru pro odpočet a naacutesledneacute odpojeniacute IIn na 300 [1] [9]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 35

33 Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute zabezpečiacute odpojeniacute motoru vyskytne-li se v obvodu většiacute

hodnota proudu než nastavenaacute jmenovitaacute In Bliacuteže tuto funkci představiacute přiloženyacute průběh Funkce

je aktivniacute až po roztočeniacute motoru v okamžiku rozběhu je neaktivniacute

Princip ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Do okamžiku T1 od zapnutiacute klesne zaacuteběrnyacute proud na hodnotu cca Ix = 135 In V časoveacutem

uacuteseku T1 až T2 dochaacuteziacute k naacuterůstu prochaacutezejiacuteciacuteho proudu motorem V okamžiku T2 překročiacute

proud hodnotu Ivar Tiacutemto okamžikem začne odpočet nastaveneacute doby zpožděniacute tvar kteraacute po

uplynutiacute sepne signalizaci varovaacuteniacute nadproudoveacuteho přetiacuteženiacute Odpočet doby tvar narůstaacute je-li

proud motorem I gt Ivar Jakmile proud I ge Iodp dochaacuteziacute k sepnutiacute čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute todp

Platiacute-li podmiacutenka I ge Iodp a dojde k načteniacute hodnoty todp UMC100 odpojiacute motor od napaacutejeniacute a tiacutem

zabraacuteniacute jeho poškozeniacute

Obr 33 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu přetiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash dosaženiacute vysokeacute proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash dosaženiacute hodnoty proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

34 Ochrana při proudoveacutem podtiacuteženiacute

Jakmile hodnota (činneacuteho) proudu klesne pod nastavenou uacuteroveň kteraacute je pro danyacute proces

typickaacute dojde v UMC100 k vybaveniacute ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a motor odpojiacute od

napaacutejeniacute Tato ochrana se předevšiacutem využiacutevaacute pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacute funkce čerpadla když detekuje

ztraacutetu jeho saacuteniacute či pro paacutesoveacute dopravniacuteky ve vyacuterobniacutech provozech Včasneacute varovaacuteniacute a odpojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 36

motoru snižuje zejmeacutena prostoje vyacuteroby Princip varovaacuteniacute a odpojeniacute je představen na

naacutesledujiacuteciacutem průběhu jak tomu bylo u ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Princip ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute zobrazeneacuteho průběhu

Po poklesu aktuaacutelniacuteho proudu v okamžiku T1 motor normaacutelně běžiacute V časoveacutem uacuteseku T1 až

T2 dochaacuteziacute k poklesu proudu pod jmenovitou hodnotu In až na nastavenou hodnotu Ivar Při

dosaženiacute teacuteto hodnoty začne odpočet varovaacuteniacute proudoveacuteho podtiacuteženiacute Nepřesaacutehne-li proud za

dobu kratšiacute než tvar mez Ivar (tzn nevzroste-li se zpět k In) dojde ke spuštěniacute signalizace

proudoveacuteho podtiacuteženiacute Při pokračujiacuteciacutem poklesu proudu jak je patrneacute v časoveacutem intervalu T2-T3

až na mez Iodp dojde k čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute Při překročeniacute nastaveneacute doby todp a za

podmiacutenky že proud I le Iodp UMC100 motor odpojiacute od napaacutejeciacute siacutetě

Obr 34 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash niacutezkaacute proudovaacute uacuteroveň kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash hodnota proudu kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

Popis funkce ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute blokoveacuteho scheacutematu

Signaacutel Istart představuje hodnotu proudu po startu motoru- log 1(tzn Signalizace motoru v

chodu) Tento signaacutel tvořiacute vstup logickeacuteho hradla AND (1) Funkci tohoto hradla znaacutezorňuje

přiloženaacute tabulka Tab 33 Druhyacute vstup signalizuje aktuaacutelniacute hodnotu proudu kteraacute motorem

proteacutekaacute Je-li proud IltIvar detekuje hradlo AND druhou logickou jedničku a hradlo vybaviacute podle

přiloženeacute tabulky Tento signaacutel z hradla aktivuje časovač zpožděniacute varovaacuteniacute Po uplynutiacute

nastaveneacuteho časoveacuteho uacuteseku signalizuje podtiacuteženiacute Dochaacuteziacute-li staacutele k poklesu proudu až do

uacuterovně kdy IltIodp pak na druheacutem logickeacutem hradle AND (2) budou na vstupu log 1 Sepne

čiacutetaacuteniacute zpožděniacute vypnutiacute a po uplynutiacute doby UMC motor vypne

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 37

Obr 35 Blokoveacute scheacutema ochrany proti proudoveacutemu podtiacuteženiacute [1]

Vstup Vyacutestup

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

Tab 33 Princip funkce logickeacuteho hradla AND

341 Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek

Při chodu asynchronniacuteho motoru odebiacuteraacute stroj ze siacutetě jalovyacute proud kteryacute je potřebnyacute pro

vytvořeniacute magnetizace hlavniacuteho magnetickeacuteho obvodu Tento tzv magnetizačniacute proud je

nezaacutevislyacute na zatiacuteženiacute stroje Uplatněniacute nalezne zejmeacutena při chodu napraacutezdno a maleacutem zatiacuteženiacute

kdy je uacutečiniacutek motoru niacutezkyacute Motor maacute tedy nejleacutepe pracovat při plneacutem zatiacuteženiacute[11]

Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek jsou důležiteacute parametry pro detekovaacuteniacute niacutezkeacute zaacutetěže nebo situace bez

zaacutetěže např uzavřenyacute ventil Pomociacute napěťoveacuteho modulu VI15x a UMC je měřeno sdruženeacute

(faacutezoveacute) napětiacute faacutezovyacute proud čili i faacutezovyacute posuv mezi proudem a napětiacutem - cos φ Pomociacute těchto

parametrů je UMC schopneacute analogicky spočiacutetat hodnotu činneacuteho přiacutekonu

radic

Poklesne-li poteacute činnyacute přiacutekon pod nastavenou procentuaacutelniacute hodnotu P (př 85 Pn) motor vypne

tj bude-li PPn le 085

Experimentaacutelniacutem měřeniacutem v raacutemci laboratorniacute uacutelohy byla pomociacute přiacutestroje Yokogawa WT1800

změřena zaacutevislost uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute motoru Z vyacutesledneacuteho grafu (Obr 37) je

patrneacute že se snižovaacuteniacutem zatiacuteženiacute rotoru klesaacute velikost uacutečiniacuteku Naměřeneacute hodnoty pro konstrukci

grafu jsou uvedeny v přiacuteloze

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 38

Obr 36 Charakteristiky asynchronniacuteho motoru při zatiacuteženiacute [11]

Obr 37 Graf zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti P2

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

01

02

03

04

05

06

07

08

09

0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000

P1 [

W]

cos

ϕ [

-]

P2 [W]

P2 P1 Q1

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 39

35 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

Princip ochrany

Je-li poměr nejnižšiacuteho proudu (Imin) a nejvyššiacuteho proudu (Imax) ve faacuteziacutech nad nastavenou

uacuterovniacute pro varovaacuteniacute sepne signalizace ztraacutety faacuteze Jakmile ovšem tento poměr překročiacute

nastavenou hodnotu pro odpojeniacute motoru sepne zpožděniacute vypnutiacute a podle nastaveneacute třiacutedy

přetiacuteženiacute motor po uplynutiacute časoveacuteho intervalu odpojiacute

Funkce faacutezoveacute nesymetrie je aktivniacute pouze tehdy je-li proud ve všech třech faacuteziacutech gt 25 In

(jmenoviteacuteho proudu) [1]

Naacutesledujiacuteciacute rovnice představuje vyacutepočet procentuaacutelniacuteho poměru proudu pro vypnutiacute motoru při

uacuteplneacute ztraacutetě faacuteze

(

)

36 Ochrana sledu faacuteziacute

Ochrana sledu faacuteziacute hliacutedaacute zejmeacutena spraacutevnyacute směr otaacutečeniacute motoru Důležiteacute pro použitiacute teacuteto

ochrany je miacutesto zapojeniacute napěťoveacuteho modulu VI15x Pokud by byl modul zapojen za stykači

nastala by chyba při reverzniacutem zapojeniacute Na stykačiacutech dochaacuteziacute zapojeniacutem k zaacuteměně dvou

faacutezovyacutech vodičů a tiacutem i změně směru otaacutečeniacute motoru UMC s pomociacute VI150 vyhodnotiacute situaci

jako chybovou a vypne motor Napěťovyacute modul se tedy zpravidla umiacutesťuje hned za hlavniacute jistiacuteciacute

prvek viz Obr 44

37 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Jedno z největšiacutech nebezpečiacute pro motor představuje ztraacuteta jedneacute napaacutejeciacute faacuteze Chod na 2

napaacutejeciacute faacuteze zatěžuje motor na tepelneacute uacutečinky proudu vlivem zvyacutešeniacute proudu ve zbylyacutech 2

faacuteziacutech UMC100 v tomto přiacutepadě vypiacutenaacute motor podle předem stanovenyacutech časovyacutech intervalů

Intervaly vypnutiacute jsou stejneacute jako pro ochranu proti proudoveacutemu přetiacuteženiacute (Tab 32) a

odpoviacutedajiacute nastaveneacute třiacutedě přetiacuteženiacute Tuto ochranu dřiacuteve zajišťovalo tepelneacute releacute ktereacute v tomto

přiacutepadě nemusiacute byacutet použito

38 PTC ochrana

381 Termistor

Termistor je polovodičovyacute nelineaacuterniacute dvojpoacutel jehož odpor se měniacute v zaacutevislosti na teplotě

prostřediacute ve ktereacutem pracuje Jeho vyacutehodou je že velmi rychle a citlivě reaguje na změnu teploty

Rozlišujeme zpravidla 2 druhy termistorů

1 NTC (Negative Temperature Coefficient) - termistor se zaacutepornyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou klesaacute jeho odpor (roste elektrickaacute vodivost a proud)

2 PTC (Positive Temperature Coefficient) ndash termistor s kladnyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou jeho odpor roste

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 40

Obr 38 Zaacutevislost odporu termistoru na teplotě

Použitiacute termistorů

NTC termistory se použiacutevajiacute zpravidla k měřeniacute teploty PTC se nejčastěji využiacutevaacute

v kuchyňskyacutech spotřebičiacutech kde je požadovaacutena konstantniacute teplota v termostatech a pro hliacutedaacuteniacute

teploty vinutiacute motorů

382 Princip PTC ochrany v UMC

Ochrana obecně spadaacute do skupiny proudově nezaacutevislyacutech ochran Pro připojeniacute PTC

termistoru sloužiacute na UMC100 svorky s označeniacutem T1 a T2 PTC zvyšuje svůj odpor s rostouciacute

teplotou proto je možneacute ho použiacutet pro hliacutedaacuteniacute teploty např vinutiacute statoru UMC je schopneacute

vyhodnotit tuto změnu odporu a vydaacute signaacutel k odpojeniacute motoru od siacutetě [7]

39 Ochrana při zemniacutem spojeniacute

Ochrana při zemniacutem spojeniacute spočiacutevaacute v ochraně motoru siacutetě a technologie při nežaacutedouciacutech

vlivech způsobenyacutech zejmeacutena staacuternutiacutem izolace a jejiacutem zhoršenyacutem izolačniacutem uacutečinkem

Naacutesledkem přetěžovaacuteniacute vedeniacute vlhkostiacute kondenzaciacute vody v elektrickeacutem zařiacutezeniacute nebo vrstvou

vodiveacuteho prachu jsou praacutevě zhoršeneacute vlastnosti izolačniacuteho materiaacutelu To vede k nechtěneacutemu

zemniacutemu spojeniacute Zemniacute spojeniacute je monitorovaacuteno pomociacute UMC spolu se zařiacutezeniacutem CEM11 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 41

DEMONSTRAČNIacute PŘIacutePRAVEK 4

41 Naacutevrh přiacutepravku

Pro demonstraci UMC100 a dalšiacutech prvků řady produktů od společnosti ABB sro byl

navržen přiacutepravek pomociacute software AutoCAD a Inventor Professional kteryacute byl poteacute zrealizovaacuten

a oživen Nosnaacute konstrukce (Obr 41) je vyrobena z jӓckelu o rozměru 25x25mm

Obr 41 Nosnaacute konstrukce

Čelniacute panel tvořiacute plech s rozměry 500x400mm a tloušťky 2mm Plech je osazen

rozvaděčovyacutemi kanaacutely 25x60mm a všemi potřebnyacutemi komponentami pro realizaci zapojeniacute

Vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho panelu s otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky a ovlaacutedaciacute tlačiacutetka motoru je na

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

Seznam použityacutech komponent Vyacuterobce

3-poacutelovyacute jistič C16 OEZ

Pojistkoveacute pouzdro RSP 4 Elektro Bečov

Komunikačniacute modul MTQ22-FBP ABB

Motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP ABB

Napěťovyacute modul VI150-FBP ABB

Rozšiřovaciacute modul DX122-FBP ABB

Ministykač LC1K09(LC1K12) Schneider Electric

Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A ABB

Rozvaděčovyacute kanaacutel 25x60mm KOPOS

Přiacutestrojoveacute zdiacuteřky 4mm do panelu AMASS

Tlačiacutetka do panelu 250V1A JIETONG

Tab 41 Seznam použityacutech komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 42

Pro konstrukci je důležiteacute aby navrženyacute panel rozměrově odpoviacutedal všem potřebnyacutem přiacutestrojům

a modulům Pro tuto přiacuteležitost je pomociacute software AutoCAD vytvořen vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho

panelu Obr 43 kteryacute je konstruovaacuten

Navrženyacute nosnyacute plech tloušťky 2mm na ktereacutem jsou umiacutestěny veškereacute komponenty Obr 42

Ve vrchniacute polovině plechu jsou vyvrtaacuteny otvory o průměru 4mm sloužiacuteciacute pro uchyceniacute

rozvaděčoveacuteho kanaacutelu a DIN lišty Ve středniacute čaacutesti plechu jsou 4 průvlečneacute otvory určeneacute k

průchodu vodičů ze zadniacute čaacutesti plechu (od napaacutejeciacutech svorek) do rozvaděčoveacuteho kanaacutelu na straně

předniacute Pro tuto potřebu jsou stejneacute otvory vyvrtaacuteny takeacute do dna kanaacutelu Ve spodniacute čaacutesti jsou

otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky pomociacute kteryacutech je zajištěno napaacutejeniacute panelu a poteacute napaacutejeniacute motoru

a 3 otvory na ovlaacutedaciacute tlačiacutetka k zajištěniacute ovlaacutedaacuteniacute motoru Uchyceniacute plechu k nosneacute konstrukci

je provedeno samořeznyacutemi šroubky M5 v roziacutech plechu

Obr 42 Naacutevrh plechu panelu

Vyacutekres plechu s udaacuteniacutem koacutet je obsažen v přiacuteloze praacutece viz Obr 01

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 43

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 44

42 Scheacutema zapojeniacute přiacutepravku

Demonstračniacute panel je uzpůsoben pro reverzniacute chod trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 44 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho přiacutepravku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 45

43 Vyacuteslednyacute přiacutepravek

Vyacuteslednyacute osazenyacute a zapojenyacute přiacutepravek určenyacute pro laboratorniacute uacutelohu doplněnyacute vhodnyacutemi

štiacutetky pro ovlaacutedaacuteniacute a zapojeniacute napaacutejeciacute siacutetě (VSTUP) a motoru (VYacuteSTUP)

Obr 45 Demonstračniacute přiacutepravek

Zadniacute čaacutest panelu s izolovaacuteniacutem konektorů FASTON pomociacute teplem smrštitelneacute bužiacuterky před

nebezpečnyacutem dotykem živeacute čaacutesti

Obr 46 Zadniacute pohled

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 46

44 Demonstračniacute kufr pro ABB

Pro společnost ABB sro byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 prezentujiacuteciacute

jeho možnosti Zaacutekladniacutem požadavkem naacutevrhu bylo řešeniacute pomociacute jednofaacutezoveacuteho napaacutejeniacute

Jelikož UMC100 je uzpůsobeno pro chod trojfaacutezovyacutech motorů je použit frekvenčniacute měnič

ACS50 kteryacute nabiacuteziacute při napaacutejeniacute pomociacute jednofaacutezoveacute siacutetě na sveacutem vyacutestupu napětiacute 3x230V50Hz

Pro digitaacutelniacute vstupy UMC100 a rozšiřovaciacuteho modulu DX111 je navrženo použitiacute dvoupoacutelovyacutech

paacutečkovyacutech přepiacutenačů s funkciacute (ON)-OFF-ON s napětiacutem 24V DC K signalizaci aktivniacutech vstupů

a vyacutestupů je navrženo použitiacute zelenyacutech signaacutelek Ovlaacutedaciacute panel kufru obsahuje spiacutenače pro

simulaci ztraacutety napaacutejeciacute faacuteze motoru potenciometr k simulaci faacutezoveacute nesymetrie daacutele červenou

signaacutelku pro signalizaci poruchovyacutech stavů a žlutou pro chod motoru Všechny přepiacutenače a

signaacutelky jsou přiacutestupneacute uživateli prostřednictviacutem navrženeacuteho ovlaacutedaciacuteho panelu kteryacute současně

posloužiacute jako kryt kufru (Obr 02) Jelikož pro přenosnyacute kufr neniacute nejvhodnějšiacute použitiacute

asynchronniacuteho motoru je proto použit 6-poacutelovyacute synchronniacute motor s přiacutekonem 23VA

vyacutestupniacutem vyacutekonem 105W a jmenovityacutem proudem 100mA

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 47

Obr 47 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho kufru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 48

SIMULACE OCHRAN 5Kapitola obsahuje soupis simulaciacute ochran ktereacute jsou demonstrovaacuteny v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jež se zabyacutevaacute problematikou UMC100 Z širokeacute škaacutely ochran jsou vybraacuteny 4 situace ktereacute

se v průmyslu často vyskytujiacute

51 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

K nasimulovaacuteniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii je použit posuvnyacute potenciometr kteryacute je

připojen na svorky (12) Pomociacute potenciometru bude snižovaacutena velikost napětiacute na přiacutevodniacute faacutezi

do motoru (L1) Pro demonstraci ochrany je použit napěťovyacute modul VI150 spolu s UMC100 Na

svorky modulu označeneacute (L1L2 a L3) jsou přivedeny faacuteze v uvedeneacutem sledu Při zvyšovaacuteniacute

odporu rezistoru ve faacutezi dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute napětiacute na přiacutevodniacute svorce (L1) vlivem rostouciacuteho

uacutebytku napětiacute na daneacutem rezistoru Je-li napěťovyacute modul propojen vodičem s UMC a je-li spraacutevně

nastaven UMC vyhodnotiacute po určiteacutem poklesu napětiacute a naacuterůstu proudu ve zbylyacutech dvou faacuteziacutech

(L2 a L3) jako chybovou a vybaviacute Nejprve bude vybaveno varovaacuteniacute a poteacute dojde k odpojeniacute

motoru

52 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze je motor vystaven vysokeacutemu riziku což většinou vede k jeho

zničeniacute Demonstrace ochrany proběhne uacuteplnyacutem odpojeniacutem napaacutejeciacute faacuteze L2 Pro vybaveniacute

ochrany neniacute zapotřebiacute aby byl motor v chodu neboť použitiacute napěťoveacuteho modulu VI150

detekuje nepřiacutetomnost napětiacute faacuteze a vybaviacute Při chodu motoru ochrana vybaviacute od 15s pro třiacutedu

5E a do 12s pro 40E podle nastaveneacute třiacutedy přetiacuteženiacute viz Tab 32 Princip funkce při chodu

motoru spočiacutevaacute v porovnaacuteniacute nejvyššiacute a nejnižšiacute naměřeneacute hodnoty faacutezoveacuteho proudu s

nastavenyacutemi uacuterovněmi Vyacutehodou je že signalizuje varovaacuteniacute ještě před samotnyacutem spuštěniacutem

motoru kdy může nastat stav že je přepaacutelena pojistka a obsluha toto nezaznamenala Mimo

přepaacuteleneacute pojistky se může takeacute jednat o uvolněnyacute nebo opotřebenyacute kontakt

53 Ochrana sledu faacuteziacute

Pro spraacutevnyacute chod motoru a diagnostiku pomociacute kontroleacuteru s použitiacutem napěťoveacuteho modulu je

zapotřebiacute dodržet sled faacuteziacute tzn Faacutezovyacute vodič L1rarrsvorka L1 L2 rarrsvorka L3 a L3rarrsvorka L3

Při zaacuteměně některyacutech faacutezovyacutech vodičů neprodleně vybaviacute ochrana sledu faacuteziacute a neniacute dovoleno

spuštěniacute motoru do okamžiku dokud neniacute obsluhou tento probleacutem vyřešen

54 PTC ochrana

Pro vyhodnocovaacuteniacute teploty vinutiacute statoru motoru sloužiacute termistor PTC Při zvyacutešeniacute teploty

nastaacutevaacute zvyacutešeniacute odporu termistoru (viz Obr 38) a motor odpojiacute Udaacutevanaacute odezva UMC na

změnu odporu je v rozmeziacute R = 34-38kΩ

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 49

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany

Z důvodu ochrany motoru neniacute vhodneacute vystavovat motor zvyacutešeneacute teplotě pro nastiacuteněniacute funkce

PTC ochrany Pro tento uacutečel posloužiacute zhotovenyacute box osazenyacute lineaacuterniacutem potenciometrem

s hodnotou odporu 25kΩ jemuž jsou předřazeny odpory 1kΩ a 330Ω

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 50

LABORATORNIacute UacuteLOHA 6

61 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100

Uacutekolem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute řiacutediacuteciacute a kontrolniacute jednotkou pro

provoz trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru UMC100

Motorovyacute kontroleacuter nabiacuteziacute 3 releacuteoveacute vyacutestupy Tyto vyacutestupy jsou připojitelneacute na napětiacute 230V AC s

maximaacutelniacutem proudem 1A Releacuteoveacute vyacutestupy sloužiacute zejmeacutena pro připojeniacute budiacuteciacutech ciacutevek stykačů

Hlavniacute vstupy jsou tvořeny seacuteriiacute svorek jež je umiacutestěnaacute ve spodniacute čaacutesti kontroleacuteru Svorky nesou

označeniacute (DI0 DI1 hellip DI5) Tyto digitaacutelniacute vstupy pracujiacute s napětiacutem 24V DC a sloužiacute pro

připojeniacute ovlaacutedaciacutech tlačiacutetek jako start motoru stop motoru reverzaci rozběh hvězda-trojuacutehelniacutek

nebo např použitiacute vstupu pro koncovyacute spiacutenač pro připojeniacute pomocnyacutech kontaktů stykačů či

funkci aktuaacutetor kdy je ovlaacutedaacuten pohon ventilu Vše podle nastaveniacute uživatele a pracovniacuteho

procesu Vedle hlavniacutech vstupniacutech kontaktů se nachaacuteziacute takeacute jeden vyacutestupniacute s označeniacutem (DO3)

Tento digitaacutelniacute vyacutestup lze využiacutet k připojeniacute 24V DC signalizačniacute kontrolky pro chybovaacute hlaacutešeniacute

modulu UMC100 nabiacuteziacute integrovanyacute vstup pro připojeniacute PTC termistoru Diacuteky PTC jsme

schopni hliacutedat teplotu statoroveacuteho vinutiacute a předejiacutet tiacutem zaacutevažneacutemu poškozeniacute motoru

Hlavniacute obvod

Měřeniacute proudu faacutezovyacutemi vodiči je řešeno pomociacute 3 průvlečnyacutech ok integrovanyacutech v modulu

Tato průvlečnaacute oka jsou měřiacuteciacutemi transformaacutetory proudu navinutyacutemi na toroidniacutem jaacutedře Diacuteky

těmto transformaacutetorům je kontroleacuter schopnyacute měřit proud v rozsahu 024 až 63A Pro vyššiacute

hodnoty proudů až 850A se použiacutevaacute externiacute proudovyacute transformaacutetor

Možnost rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru

UMC se v průmyslovyacutech aplikaciacutech nejčastěji použiacutevaacute s využitiacutem napěťoveacuteho a rozšiřovaciacuteho

(vstupně-vyacutestupniacuteho) modulu Pro laboratorniacute uacutelohu je použit napěťovyacute modul VI150 a

rozšiřovaciacute modul DX122 jenž jsou připojeny k UMC pomociacute UMCIO-CAB přes svorky

s označeniacutem Ca a Cb

Napěťovyacute modul VI150

K demonstraci kontroleacuteru je použit modul s označeniacutem VI150 Zařiacutezeniacute disponuje konektory pro

připojeniacute faacutezovyacutech vodičů (L1 L2 a L3) a je schopneacute měřit hodnotu sdruženeacuteho napětiacute siacutetě

S naměřenyacutemi hodnotami faacutezoveacuteho proudu pomociacute UMC dostaacutevaacuteme takeacute hodnotu faacutezoveacuteho

posuvu mezi napětiacutem a proudem tedy uacutečiniacuteku cos φ Z těchto naměřenyacutech parametrů vypočiacutetaacute

řiacutediacuteciacute jednotka kontroleacuteru činnyacute přiacutekon Ovšem pro spraacutevnou detekci napětiacute je nutneacute dodržet

zapojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 51

Vstupně-vyacutestupniacute modul DX122

Modul umožňuje rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru o dalšiacutech 8 digitaacutelniacutech vstupů na napětiacute 110-230V AC 4

releacuteoveacute vyacutestupy a 1 analogovyacute vyacutestup Pomociacute programu ABB Asset Vision Basic je možneacute

přiacutemeacute přiřazeniacute parametrů a programovaacuteniacute UMC100 a takeacute všech zařiacutezeniacute kteraacute jsou vybavena

DTM (Device Type Manager)- naacutestroj pro konfiguraci a spraacutevu zařiacutezeniacute

Komunikačniacute modul MTQ22

O komunikaci mezi UMC a PC se staraacute modul MTQ22 V software vytvořeneacutem pomociacute

vyacutevojoveacuteho prostřediacute LabVIEW lze sledovat aktuaacutelniacute měřeneacute veličiny zobrazenaacute varovaacuteniacute

poruchovyacutech stavů informace o stavu vstupů a vyacutestupů apod

Napaacutejeciacute zdroj

Napaacutejeniacute modulů zajišťuje zdroj CP-D 2413A s regulaciacute vyacutestupniacuteho napětiacute Regulace je možnaacute

v rozpětiacute 24-28V DC Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute zdroje je umožněna z důvodu požadavku

přesneacuteho napětiacute 24V DC Vlivem zatiacuteženiacute (napaacutejeniacute UMC VI a DX) vyacutestupniacute napětiacute zdroje klesaacute

podle zatěžovaciacute charakteristiky přiacuteslušneacuteho zdroje CP-D sloužiacute takeacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacutech

vstupů UMC

Ochranneacute funkce

UMC nenabiacuteziacute pouze možnost měřeniacute faacutezoveacuteho proudu ale takeacute řadu ochran při poruchovyacutech

stavech provozu Nejčastěji v praxi využiacutevanaacute ochrana je ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute kteraacute

je doprovaacutezena varovnou signalizaciacute nastaacutevajiacuteciacute poruchy

Ochrana motoru při proudoveacutem podtiacuteženiacute pracuje na obdobneacutem principu jako předchoziacute ochrana

Kontroleacuter monitoruje hladinu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu Při jeho poklesu pod nastavenou

uacuteroveň maximaacutelniacuteho dovoleneacuteho poklesu (udaacutevaneacute relativně v k jmenoviteacutemu In) dochaacuteziacute k

signalizaci chyby a odpojeniacute motoru od siacutetě

PTC ochrana spočiacutevaacute v hliacutedaacuteniacute teploty statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru pomociacute PTC

termistoru V našem přiacutepadě je použito lineaacuterniacuteho potenciometru kdy se zvyšujiacuteciacutem se odporem

potenciometru simulujeme zvyšujiacuteciacute se teplotu statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru

Při ztraacutetě některeacute napaacutejeciacute faacuteze motoru dochaacuteziacute k okamžiteacutemu blokovaacuteniacute startu motoru

Ochrana sledu faacuteziacute zajistiacute spraacutevneacute zapojeniacute vodičů L1 L2 a L3 ktereacute je slučitelneacute s nastaveniacutem v

UMC

Vlivem přerušovaneacuteho provozu např S3 kdy nedochaacuteziacute v době klidu a odpojeniacute motoru k

poklesu teploty na teplotu okoliacute může vybavit Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute - Thermal

Overload Protection (TOL)

Zablokovaniacute rotoru byacutevaacute způsobeno přiacuteliš vysokyacutem zaacutetěžnyacutem momentem Mz na hřiacutedeli motoru

nebo mechanickou poruchou Kontroleacuter je při startu schopen detekovat tento stav

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 52

62 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute uacutelohy a scheacutema zapojeniacute panelu

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 53

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 54

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha

Štiacutetek použiteacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 64 Štiacutetek motoru

63 Popis scheacutematu zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

Na vstupniacute svorky s označeniacutem VSTUP (L1 L2 L3 N PE) jsou přivedeny přiacuteslušneacute vodiče

z pracovniacuteho stolu Hlavniacute 16A jistič s vypiacutenaciacute charakteristikou typu C sloužiacute pro jištěniacute siloveacute

čaacutesti obvodu Pro jištěniacute napaacutejeciacuteho zdroje CP-D sloužiacute tavnaacute pojistka 2T250V Napěťoveacute

vstupy na modul VI150 jsou jištěny tavnou pojistkou F125250V Posuvnyacute potenciometr

umiacutestěnyacute na faacutezoveacutem vodiči L1 sloužiacute k demonstraci ochrany při faacutezoveacute nesymetrii

Komunikačniacute modul MTQ22 zajišťuje komunikaci mezi UMC a PC kdy prostřednictviacutem

Ethernetoveacute siacutetě jsme schopni čiacutest měřeneacute veličiny

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 55

64 Pracovniacute postup

1 Seznamte se s kontroleacuterem UMC100 a ostatniacutemi komponenty použityacutemi pro laboratorniacute

uacutelohu a se scheacutematem zapojeniacute uacutelohy

2 Připojte elektromotor a vstupniacute svorky na přiacuteslušneacute zdiacuteřky Před připojeniacutem vyacutekonoveacuteho

potenciometru ověřte měřeniacutem jeho minimaacutelniacute a maximaacutelniacute hodnotu odporu a

poznamenejte si je

3 Připojte potenciometr na určeneacute zdiacuteřky označeneacute čiacutesly 1 a 2 a nastavte hodnotu odporu

4 Po kontrole zapojeniacute vyučujiacuteciacutem zapněte pracoviště a nastavte autotransformaacutetor na 100

vyacutestupniacuteho napětiacute Zapněte hlavniacute jistič Kontrola a nastaveniacute komunikace mezi UMC

DX a VI

Nastaveniacute Komunikace se provede přes LCD displej naacutesledujiacuteciacutem způsobem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on

5 Stiskem tlačiacutetka VPŘED nebo VZAD na panelu uvedeme motor do chodu Pro přechod

z jednoho směru do druheacuteho je nutneacute nejprve zastavit motor tlačiacutetkem STOP Při

zastaveniacute je kontroleacuterem motor blokovaacuten po dobu 3s před dalšiacutem spuštěniacutem z důvodu

doběhu motoru Pohybem tlačiacutetek nahoru dolů pomociacute LCD v hlavniacute nabiacutedce - UMC -

můžeme sledovat aktuaacutelniacute proud motoru sdruženeacute napětiacute odebiacuteranyacute přiacutekon ze siacutetě

uacutečiniacutekhellip

6 Při provaacuteděniacute uacutelohy na brzdě (dynamometru) ověřte funkci ochrany při zablokovaacuteniacute

rotoru funkci ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a proudoveacutem přetiacuteženiacute

7 Při vybaveniacute každeacute z ochran zaznamenejte hodnotu kdy vypnula Před novyacutem startem je

důležiteacute přečiacutest zaacuteznam důvodu poruchy a proveacutest reset na panelu UMC100-PAN jinak je

START blokovaacuten

65 Měřeniacute

OCHRANA PŘED PŘEHŘAacuteTIacuteM MOTORU

Potenciometrem označenyacutem PTC je zvyšovaacutena hodnotu odporu do okamžiku kdy dojde

k odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě zapůsobeniacutem PTC ochrany Hodnota odporu potenciometru

při vybaveniacute ochrany je určena měřeniacutem na 341kΩ Odpoviacutedajiacuteciacute hodnotu teploty motoru

odečteme z grafu a hodnoty odporu potenciometru při vypnutiacute

Do tabulky zapište změřenou hodnotu odporu potenciometru při vypnutiacute Při teacuteto hodnotě odporu

odečtěte teplotu motoru z grafu Ziacuteskanou teplotu porovnejte s vypočtenou teplotou motoru

Tabulka naměřenyacutech a vypočtenyacutech hodnot

R ϑg R0 ϑ

[Ω] [degC] [Ω] [degC]

3410 136 1320 13626

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 56

Vyacutepočet vychaacuteziacute ze vztahu pro zaacutevislost elektrickeacuteho odporu vodiče na teplotě

(651)

kde

(652)

Po uacutepravě pak

α - teplotniacute součinitel elektrickeacuteho odporu (K-1

) (α = 001162 K-1

)

R0 - odpor potenciometru v zaacutekladniacute poloze

R - odpor potenciometru při vybaveniacute ochrany

ϑg - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute odečtenaacute z grafu

ϑ - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute ndash vypočtenaacute

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

R [

Ω]

ϑ [degC]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 57

Vinutiacute motoru je izolovaacuteno izolaciacute třiacutedy F (155)

Třiacuteda izolace A E B F H

Okolniacute teplota [degC] 40 40 40 40 40

Povolenyacute naacuterůst teploty [degC] 60 75 80 105 125

Teplotniacute rezerva 5 5 10 10 15

Konečnaacute teplota 105 120 130 155 180

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru [12]

OCHRANA PŘED NESPRAacuteVNYacuteM SLEDEM FAacuteZIacute

Nedodrženiacutem sledu napaacutejeciacutech faacutezovyacutech vodičů (zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů svorek L2 a L3)

jak je nastaveno v UMC provaacutediacute napěťovyacute modul blokaci startu motoru V tomto přiacutepadě

vybavuje neprodleně ochrana sledu faacuteziacute ndashPhase sequence Funkci zaznamenejte do protokolu

OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII

Zvyšovaacuteniacutem odporu vyacutekonoveacuteho potenciometru zapojeneacuteho ve faacutezi L1 (viz scheacutema zapojeniacute

uacutelohy) dochaacuteziacute k simulaci faacutezoveacute nesymetrie siacutetě Motor je odpojen v okamžiku kdy poklesne

hodnota sdruženeacuteho napětiacute mezi faacutezemi L3 a L1 přibližně na hodnotu Us = 380V Velikost

odporu při vybaveniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii činiacute 101Ω Hodnotu nesymetrie zaznamenejte

do protokolu

OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE

Ztraacuteta faacuteze se realizuje pomociacute spiacutenače v pracovniacutem stole kdy odpojiacuteme napaacutejeciacute faacutezi Změřte

čas od odpojeniacute faacuteze L2 do vybaveniacute ochrany při ztraacutetě faacuteze a poznamenejte do protokolu

66 Demonstrace ochran při použitiacute dynamometru

OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU

K testu ochrany při zablokovaacuteniacute rotoru posloužiacute dynamometr jehož hřiacutedel je spojenaacute se hřiacutedeliacute

asynchronniacuteho motoru pomociacute spojky Hřiacutedel dynamometru je poteacute mechanicky zablokovaacutena

Stiskem přiacuteslušneacuteho tlačiacutetka je proveden start motoru a sledovaacuten proud při odpojeniacute motoru od

siacutetě a čas odpojeniacute Proud při vybaveniacute ochrany při mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru dosaacutehl

hodnoty 1978A což odpoviacutedaacute 582In

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute ndash (High current protection)

Pro simulaci proudoveacuteho přetiacuteženiacute maacuteme nastavenou hodnotu odebiacuteraneacuteho proudu na 130 pro

odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě Snižovaacuteniacutem jmenovityacutech otaacuteček motoru pomociacute dynamometru

(bržděniacutem tzn n rarr 0) dochaacuteziacute k naacuterůstu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu I Odpojeniacute nastalo při

odebiacuteraneacutem proudu 447A Nastaveneacute hodnotě (13In ) naacuteležiacute proud 442A Tiacutem lze konstatovat

že vyacutesledek měřeniacute je srovnatelnyacute s hodnotami uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute

Stav proudoveacuteho podtiacuteženiacute nedostatečneacuteho proudoveacuteho zatiacuteženiacute použiacutevanyacute zejmeacutena u čerpadel

je simulovaacuten pomociacute dynamometru kdy je nastavenaacute hodnota poklesu aktuaacutelniacuteho proudu na

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 58

085In a čas odpojeniacute od siacutetě na 10s Po roztočeniacute a zatiacuteženiacute motoru na hodnotu jmenoviteacuteho

proudu jsou pomociacute dynamometru zvyšovaacuteny otaacutečky motoru n Tento proces maacute za naacutesledek

snižovaacuteniacute aktuaacutelniacuteho proteacutekaneacuteho proudu I kdy motor ztraacuteciacute zatiacuteženiacute Nastaveneacute hodnotě

podtiacuteženiacute odpoviacutedaacute aktuaacutelniacute proud 289A Při dosaženiacute teacuteto uacuterovně je spuštěn odpočet a motor za

10s odpojen

67 Vyhodnoceniacute a zaacutevěr

Vyacutesledkem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute technologiiacute pro diagnostiku

veličin při chodu trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru Při demonstračniacute simulaci ochran byly

dosaženy naacutesledujiacuteciacute vyacutesledky PTC ochrana vybavuje při hodnotě odporu 341kΩ Tato hodnota

odpoviacutedaacute teplotě ϑg = 136degC odečteneacute z grafu Vypočtenaacute teplota ϑ = 13626degC Vyacuterobce uvaacutediacute

zapůsobeniacute ochrany při hodnotě odporu v rozsahu 34-38kΩ Zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů L2 a

L3 proběhla okamžitaacute blokace spuštěniacute motoru Faacutezovaacute nesymetrie vybavila při poklesu napětiacute o

5 Ztraacutetou napaacutejeciacute faacuteze proběhlo odpojeniacute motoru v čase t = 15s Čas odpojeniacute odpoviacutedaacute třiacutedě

přetiacuteženiacute 5E kteraacute je nastavena

Při testu za použitiacute dynamometru bylo zjištěno že při zablokovaneacutem rotoru motoru zapůsobil

kontroleacuter při nastaveneacutem přetiacuteženiacute 3In Teacuteto hodnotě naacuteležiacute proud 102A Jelikož je nastavena

třiacuteda přetiacuteženiacute 5E ktereacute naacuteležiacute interval 15s a poteacute odpojeniacute motoru tak během tohoto okamžiku

vzrostla hodnota proudu na 1978A což odpoviacutedaacute 582In Při proudoveacutem přetiacuteženiacute odpoviacutedaly

vyacutesledky měřeniacute nastaveneacute hodnotě přetiacuteženiacute 13In Ve stavu proudoveacuteho podtiacuteženiacute zapůsobila

ochrana spraacutevně dle nastaveneacuteho poklesu proudu na 085In

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 19: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 19

22 Ovlaacutedaciacute panel UMC100-PAN

UMC100-PAN je LCD panel kteryacutem lze rozšiacuteřit UMC100 o zobrazovaciacute prvek Tento prvek

připojiacuteme na UMC (Obr 21 7 -Konektor pro připojeniacute ovlaacutedaciacuteho LCD panelu Control Panel

UMC100-PAN) Zmiacuteněnyacute typ LCD je možneacute připojit pouze na UMC100 jelikož neniacute

kompatibilniacute se staršiacutem typem UMC22 LCD je předevšiacutem určen pro montaacutež na čelniacutem panelu

nebo na rozvaděči Ovlaacutedaciacute panel sloužiacute k lokaacutelniacutemu zobrazeniacute všech dat Poruchy (errors) a

vyacutestrahy jsou zobrazovaacuteny v nezakoacutedovaneacute podobě Externiacute zaacutevada může byacutet doplněna

individuaacutelniacutem textem např Phase loss Veškereacute parametry je možneacute nastavovat měnit a dle

potřeby chraacutenit přiacutestupovyacutem heslem

Panel sloužiacute pro zobrazeniacute veškeryacutech uacutedajů o obvodu jako např

proud prochaacutezejiacuteciacute motorem (možneacute absolutniacute zobrazeniacute v A nebo relativniacute v )

napětiacute na jednotlivyacutech faacuteziacutech L1-L3 (při použitiacute VI150(5))

aktuaacutelniacute uacutedaje o sepnutyacutech vstupech a vyacutestupech

způsob zapojeniacute motoru-přiacutemyacute chod reverzniacute chodhellip

Při vyacuteskytu přetiacuteženiacute dojde k vybaveniacute ochrany Na LCD je možneacute sledovat časovyacute odpočet

kteryacute zbyacutevaacute do dalšiacuteho možneacuteho uvedeniacute motoru do chodu po vychladnutiacute Po uplynutiacute tohoto

časoveacuteho uacuteseku může byacutet motor opět spuštěn [1]

Obr 23 Popis UMC100-PAN

1 3 stavoveacute LED

zelenaacute ndash zařiacutezeniacute připraveno

žlutaacute ndash zařiacutezeniacute v chodu

červenaacute ndash hlaacutešeniacute poruchy

2 podsviacutecenyacute LCD display

3 vstup do menu ovlaacutedaacuteniacute (Enter Control Menu)

4 vstup do menu nastaveniacute (Enter Configuration Menu)

5 posun nahoru

6 stop motoru

7 posun dolů

8 start motoru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 20

23 Napěťovyacute a rozšiřovaciacute modul

Napěťovyacute VI15x a rozšiřovaciacute (vstupně vyacutestupniacute) modul DX1xx sloužiacute pro možneacute rozšiacuteřeniacute

UMC o dalšiacute vstupy a vyacutestupy v přiacutepadě modulu DX a o měřeniacute napětiacute pomociacute modulu VI

231 Nastaveniacute komunikace

Při použitiacute rozšiřovaciacutech modulů je nejprve nutno pomociacute UMC100-PAN nastavit jejich

připojeniacute Nastaveniacute a uvedeniacute do chodu je provedeno naacutesledujiacuteciacutem způsobem

V hlavniacutem menu (ovlaacutedaacuteniacute pomociacute LCD) vybereme položku IO modules a volbu potvrdiacuteme

přiacuteslušnyacutem tlačiacutetkem Tlačiacutetky Nahoru nebo Dolů vybereme požadovanyacute modul kteryacute chceme

propojit s kontroleacuterem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on [1]

Nastaveniacutem na bdquoonldquo uvedeme moduly do provozu Funkce napěťoveacuteho modulu (VI15x) je

ověřitelnaacute jednoduchyacutem způsobem Pokud nejsou připojeny napaacutejeciacute faacuteze na svorky L1L2 a L3

modulu zařiacutezeniacute hlaacutesiacute chybu z důvodu ochrany při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze [4] [5]

232 VI15x- FBP

VI15x je přiacutedavnyacute napěťovyacute modul sloužiacuteciacute pro měřeniacute sdruženeacuteho popř faacutezoveacuteho napětiacute

motoru Z hodnot proudu měřenyacutech UMC a napětiacute pomociacute VI15x je možno vyhodnotit faacutezovyacute

posuv mezi napětiacutem a proudem Naměřeneacute hodnoty putujiacute skrze komunikačniacute kanaacutel směrem k

UMC100 K propojeniacute s UMC100 sloužiacute piny s označeniacutem Ca a Cb Daacutele modul obsahuje svorky

pro připojeniacute jednotlivyacutech faacutezovyacutech vodičů L1L2 a L3 Pro spraacutevnyacute sled faacuteziacute a jeho detekci musiacute

byacutet dodrženo spraacutevneacute zapojeniacute vzhledem k proudům měřenyacutem v UMC VI150 sloužiacute pro

připojeniacute pouze do uzemněneacute soustavy ( TN-C nebo TN-S) Modul VI155 lze naopak použiacutet jak

pro uzemněneacute soustavy (TN) tak i pro neuzemněneacute (IT) Oba typy sloužiacute k upevněniacute na DIN

lištu [1] [3]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 21

2321 Vnitřniacute struktura VI150-FBP

Obraacutezek přibližuje vnitřniacute strukturu použiteacuteho napěťoveacuteho modulu VI150

Obr 24 Struktura napěťoveacuteho modulu VI150 [3]

Obr 25 Vnějšiacute popis modulu VI150 pro UMC100-FBP

1 konektory pro komunikaci s UMC100 a pro komunikaci s rozšiřovaciacutemi moduly DX111-

FBP a DX122-FBP

2 napěťoveacute vstupy

3 releacuteovyacute vyacutestup

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 22

4 svorky pro připojeniacute napaacutejeciacuteho napětiacute 24VDC

5 3 stavoveacute LED

zelenaacute - zařiacutezeniacute připraveno

žlutaacute - varovaacuteniacute

červenaacute - porucha zařiacutezeniacute

6 popisovyacute štiacutetek

233 DX111-FBP

Modulaacuterniacute zařiacutezeniacute umožňujiacuteciacute rozšiacuteřeniacute UMC100 o dalšiacute pomocneacute vstupy a vyacutestupy

použitelneacute pro různaacute hlaacutešeniacute a vyacutestrahy Digitaacutelniacute vstupy jsou potenciaacuteloveacute s napětiacutem 24V DC

Proto je nutneacute pro ovlaacutedaciacute obvody dodržet napětiacute 24V DC nebo bezpotenciaacuteloveacute kontakty (tj

releacute) připojeneacute ze svorky +24V

Rozšiřovaciacute modul DX111-FBP nabiacuteziacute množstviacute vstupů a vyacutestupů uvedenyacutech v (Tab 21)

Vstupy 8 digitaacutelniacutech vstupů 24V DC

Vyacutestupy 4 releacuteoveacute vyacutestupy

1 analogovyacute vyacutestup

Vstupniacute napětiacute 24V DC

Vstupniacute proud 60 mA

Logickaacute 0 -312hellip+5V DC

helliphelliphelliphellipcv1 +15hellip+312V DC

Tab 21 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX111-FBP [1]

234 DX122-FBP

Multifunkčniacute modul DX122-FBP maacute srovnatelneacute vlastnosti jako předešlaacute DX111 ovšem

rozdiacutel je v tom že DX122 nabiacuteziacute osm digitaacutelniacutech vstupů pro napětiacute 110V až 230V AC

Vstupy 8 digitaacutelniacutech vstupů 110-230V AC

Vyacutestupy 4 releacuteoveacute vyacutestupy

1 analogovyacute vyacutestup

Vstupniacute napětiacute 110V AChellip 240V AC

Vstupniacute proud 60 mA

Logickaacute 0 0hellip 40V AC

helliphelliphelliphelliphellip 1 74hellip 265V AC

Tab 22 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX122-FBP [1]

Pomocnyacute rozšiřovaciacute modul se k UMC100 připojiacute na svorky Ca a Cb patrneacute na (Obr 21)

Připojeniacute lze proveacutest prostou kroucenou dvoulinkou Vzhledem k omezenyacutem prostoraacutem

rozvaacuteděčů kam je UMC100 instalovaacuteno je možneacute připojit rozšiřovaciacute modul odděleně od

kontroleacuteru a to až do vzdaacutelenosti maximaacutelniacute deacutelky 3m [1] [5]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 23

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezek (Obr 26) opět popisuje svorky a monitorovaciacute prvky DX122

Obr 26 Vnějšiacute popis IO modulu DX122-FBP pro UMC100-FBP

1 releacuteoveacute vyacutestupy (čaacutest 1)

2 releacuteoveacute vyacutestupy (čaacutest 2)

3 analogovyacute vyacutestup

4 komunikačniacute port s UMC

5 popisovyacute štiacutetek

6 digitaacutelniacute vstupy (110V AC- 230V AC)

7 3 stavoveacute LED

zelenaacute ndash zařiacutezeniacute v provozu

žlutaacute ndash vyacutestraha

červenaacute ndash porucha modulu

8 svorky pro napaacutejeniacute 24 V DC

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 24

24 Proudovyacute měřiacuteciacute transformaacutetor

Proudoveacute měřiacuteciacute transformaacutetory sloužiacute pro měřeniacute většiacutech hodnot střiacutedavyacutech proudů než je

dovoleno měřiacuteciacutem přiacutestrojem a takeacute ke galvanickeacutemu odděleniacute vedeniacute od měřiacuteciacuteho přiacutestroje

Funkce je založena na principu elektromagnetickeacute indukce Primaacuterniacute vinutiacute je tvořeno silovyacutem

vodičem měřeneacuteho vedeniacute Průchodem proudu primaacuterniacutem vedeniacutem se v magnetickeacutem obvodu

(jaacutedru) vytvaacuteřiacute magnetickyacute tok Φ a na zaacutekladě Faradayova zaacutekona elektromagnetickeacute indukce se

v sekundaacuterniacutem vinutiacute indukuje napětiacute Na sekundaacuterniacute vinutiacute je připojena měřiacuteciacute soustava

Obr 27 Magnetizačniacute charakteristika feromagnetickeacuteho materiaacutelu

Z průběhu magnetizačniacute charakteristiky feromagnetickeacuteho materiaacutelu (zaacutevislosti magnetickeacute

indukce na intenzitě magnetickeacuteho pole ) je patrnyacute stav kdy dojde k nasyceniacute magnetickeacuteho

obvodu transformaacutetoru Při nasyceniacute dochaacuteziacute ke změně vlastnostiacute feromagnetickeacuteho materiaacutelu

a křivka se od lineaacuterniacuteho průběhu odklaacuteniacute (tzv koleno magnetizačniacute křivky)

Obr 28 Měřiacuteciacute transformaacutetor proudu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 25

241 Externiacute proudovyacute transformaacutetor CTs

Externiacute přiacutestrojovyacute transformaacutetor proudu (daacutele jen PTP) se použiacutevaacute v přiacutepadě je-li jmenovityacute

proud motoru vyššiacute než 63A tzn sloužiacute k přizpůsobeniacute proudoveacuteho rozsahu na hodnotu kterou

je schopno UMC změřit UMC100 je schopneacute pracovat pomociacute sveacuteho vnitřniacuteho transformaacutetoru

proudu s proudem 024A až 63A Použitiacutem externiacuteho proudoveacuteho transformaacutetoru je možneacute měřit

až do hodnoty 850A PTP k UMC100 majiacute převod 1854 3104 5004 a 8504 Sekundaacuterniacutemu

vinutiacute odpoviacutedajiacute 4A což uvaacutediacute popis jednotlivyacutech typů proudovyacutech transformaacutetorů uvedenyacutech v

Tab 23 (čiacuteslo uvedeneacute za lomiacutetkem) např CTxLxxxR4 PTP maacute definovanou třiacutedu přesnosti

3 v celeacutem rozsahu měřeneacuteho proudu K nasyceniacute magnetickeacuteho obvodu transformaacutetoru dochaacuteziacute

přibližně při osminaacutesobku jmenoviteacuteho proudu In Transformaacutetor je navržen s třiacutedou přesnosti

5P10 to znamenaacute že je deklarovaacutena průměrnaacute chyba menšiacute než 5 při 10 naacutesobku jmenoviteacute

hodnoty proudu

Typ Rozsah měřeneacuteho proudu

[A] Max proud CT

[A]

CT4L185R4 60 až 185 1480

CT4L310R4 180 až 310 2480

CT5L500R4 300 až 500 4000

CT5L850R4 500 až 850 6800

Tab 23 Typy externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů s měřenyacutem rozsahem proudu [1]

Přiacuteklad zvoleniacute přiacuteslušneacuteho proudoveacuteho transformaacutetoru

Maacuteme-li asynchronniacute motor se jmenovityacutem proudem napřiacuteklad In =190 A a rozběhovyacutem proudem

pak

(241)

Podle jmenoviteacuteho proudu motoru In ležiacuteciacuteho v rozsahu měřeneacuteho proudu přiacuteslušneacuteho CT

určiacuteme typ CT Nachaacuteziacute-li se jmenovityacute proud na mezi některeacuteho z měřenyacutech rozsahů CT voliacute se

takovyacute transformaacutetor kteryacute maacute většiacute hodnotu maximaacutelniacuteho proudu než vyacuteslednyacute proud

vypočtenyacute Pro přiacutepad kdy In = 190 A je zvolenyacute typ CT4L310R4 Maximaacutelniacute proud Imax splňuje

požadavek kdy Imax lt max proud CT [1]

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezky představujiacute konstrukce externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 26

Obr 29 Konstrukce CT4L185R4 a CT4L310R4 [3]

Obr 210 Konstrukce CT5L500R4 a CT5L850R4 [3]

Zapojeniacute svorkovnice proudoveacuteho transformaacutetoru CTxLxxxR4 a propojeniacute s integrovanyacutem

proudovyacutem transformaacutetorem UMC100 Na Obr 211 je takeacute ukaacutezka zapojeniacute měřiacuteciacuteho modulu

VI150 na přiacutevodniacutech faacuteziacutech motoru a dodrženyacutem spraacutevnyacutem sledem faacutezovyacutech vodičů

Obr 211 UMC100-FBP s CT a VI150 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 27

Obecně platiacute že vyacutevody sekundaacuterniacuteho vinutiacute měřiacuteciacuteho transformaacutetoru proudu jsou buď

zapojeny na zaacutetěž nebo jsou propojeny do zkratu a jeden z vyacutevodů je uzemněn Princip je patrnyacute

z Obr 212 V praxi dochaacuteziacute k několika chybaacutem způsobenyacutech neznalostiacute problematiky Jednou

může byacutet neuzemněniacute jedneacute ze svorek sekundaacuterniacuteho vinutiacute Pak vznikaacute kapacitniacute vazba a

sekundaacuterniacute vinutiacute v nepřiacutezniveacutem přiacutepadě může vysokyacutem napětiacutem termionicky působit - jiskřit na

kostru Při delšiacutem trvaacuteniacute jiskřiveacuteho vyacuteboje v jednom miacutestě se mohou vytvořit vodiveacute cesty a dojiacutet

k průrazu izolace vodiče k nežaacutedouciacutemu potenciaacutelu [8]

Obr 212 Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů proudu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 28

25 Monitorovaciacute zařiacutezeniacute zemniacuteho spojeniacute CEM11-FBP

Monitorovaciacute zařiacutezeniacute CEM11 sloužiacute pro sledovaacuteniacute svodovyacutech proudů respektive zemniacutech

poruch způsobenyacutech nejčastěji poškozenou izolaciacute Detekovaacuteniacute takoveacuteto zemniacute poruchy vede

k odpojeniacute motoru aby nedošlo k jeho většiacutemu poškozeniacute nebo vede k upozorněniacute obsluhy

Možneacute použitiacute je jak v siacutetiacutech uzemněnyacutech tak i neuzemněnyacutech

Průvlečneacute oko je tvořeno toroidniacutem transformaacutetorem kteryacutem jsou vedeny všechny 3 faacutezoveacute

vodiče motoru Zařiacutezeniacute hliacutedaacute to aby součet faacutezorů proudů byl nulovyacute Jakmile dojde k zemniacutemu

spojeniacute tzn součet faacutezorů proudů je nenulovyacute integrovanaacute elektronika CEM11 sepne nebo

rozepne vyacutestup Vyacutestup z CEM11 pracuje jako kontakt kteryacute detekovanou hodnotou proudu

sepne nebo rozepne 24V DC jenž poteacute může byacutet připojeno jako např digitaacutelniacute vstup do UMC

Nastaveniacute zpožděniacute sepnutiacute varovaacuteniacute nebo odpojeniacute lze zvolit v UMC a to v rozsahu od 01s ndash

255s Nastaveniacute citlivosti spiacutenaacuteniacute je možneacute v několika krociacutech Poloha přepiacutenače (0-7) s toleranciacute

na pozici 0 cca plusmn30 a daacutele vždy s toleranciacute cca plusmn10

CEM11 je možneacute uložit spolu s ostatniacutemi komponenty na DIN lištu normovaneacuteho rozměru

35mm nebo pomociacute přiacutedavneacuteho klipu pro nejmenšiacute rozměr CEM11-FBP20 [1]

Průměr průvlečneacuteho

oka [mm]

Proudovyacute rozsah

[mA]

20 80 - 1700

35 100 - 3400

60 120 - 6800

120 240 - 13600

Tab 24 Rozměry vyraacuteběnyacutech CEM11-FBPs udaacutevanyacutemi hodnotami svodovyacutech proudů

Obr 213 Zapojeniacute CEM11-FBP do obvodu [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 29

26 Napaacutejeciacute zdroj

Pro napaacutejeniacute modulů UMC100 DX122 a VI150 sloužiacute zdroj typu CP-D 2413 Jednaacute se o

napaacutejeciacute zdroj kteryacute na sveacutem vyacutestupu dovoluje regulaci napětiacute 24-28V DC s toleranciacute plusmn 1

Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute je umožněna z důvodu připojeniacute modulů na dlouheacute vedeniacute kde

vznikajiacute uacutebytky napětiacute praacutevě vlivem deacutelky vedeniacute Zpravidla klesne-li na vedeniacute napětiacute od

jednoho zdroje na ktereacutem je nastaveno maximaacutelniacute vyacutestupniacute napětiacute pod minimaacutelniacute hodnotu

potřebnou pro napaacutejeniacute modulu je nutneacute použiacutet dalšiacute napaacutejeciacute zdroj Maximaacutelniacute proud zdroje je

Imax = 13A a jmenovityacute vyacutestupniacute vyacutekon 30W Tento typ zdroje je diacuteky svyacutem modulaacuterniacutem

rozměrům možneacute umiacutestit na DIN lištu (EN50022-35) [6]

Naacutesledujiacuteciacute zatěžovaciacute charakteristika znaacutezorňuje zaacutevislost svorkoveacuteho napětiacute zdroje na

odebiacuteraneacutem proudu pro teplotu T=25degC

Obr 214 Zatěžovaciacute charakteristika zdroje CP-D 2413[6]

Obr 215 Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 30

27 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

Tento modul poskytuje komunikaci pro FieldBusPlug zařiacutezeniacute jako je např UMC100

s počiacutetačem prostřednictviacutem siacutetě Ethernet K MTQ22 lze připojit až 4 zařiacutezeniacute pro uacutesporu

naacutekladů Naacutesledujiacuteciacute popis je vztažen k Obr 216 kde jsou znaacutezorněny jednotliveacute čaacutesti modulu

1 konektory s označeniacutem X1 až X4 sloužiacute pro připojeniacute až 4 zařiacutezeniacute FBP

2 LED diody pro signalizaci aktuaacutelniacuteho stavu komunikace

3 micro USB konektor s označeniacutem X5 pro připojeniacute a konfiguraci pomociacute PC

4 dvě RJ45 zaacutesuvky s označeniacutem E1 a E2 pro připojeniacute pomociacute Ethernetoveacuteho kabelu

5 konektor pro připojeniacute 24V DC napaacutejeciacuteho napětiacute nese označeniacute X6

Obr 216 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 31

OCHRANNEacute FUNKCE 3Kontroleacuter nabiacuteziacute velkeacute množstviacute ochrannyacutech funkciacute potřebnyacutech pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacuteho chodu

motoru Některeacute funkce jsou aktivniacute pouze po čaacutest běhu motoru typicky při startu motoru jineacute

po jeho rozběhu Naacutesledujiacuteciacute tabulka (Tab 31) nastiacuteniacute přehled nejdůležitějšiacutech ochran motoru a

čas kdy jsou aktivovaacuteny

Ochrannaacute funkce Aktivniacute

Při tepelneacutem přetiacuteženiacute Vždy

Při zablokovaneacutem rotoru Při startu motoru

Při proudoveacutem přetiacuteženiacute Po startu

Při proudoveacutem podtiacuteženiacute Po startu

Sled faacuteziacute Vždy

Při faacutezoveacute nesymetrii Vždy

Při ztraacutetě faacuteze Vždy

PTC ochrana Vždy

Při zemniacutem spojeniacute Vždy po spuštěniacute

Při napěťovyacutech špičkaacutech Vždy

Při harmonickeacutem zkresleniacute Vždy

Tab 31 Ochranneacute funkce [1]

Nastaveniacute parametrů jednotlivyacutech ochran probiacutehaacute pomociacute UMC100-PAN

31 Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute

UMC100 disponuje nastavitelnyacutem vypiacutenaacuteniacutem při tepelneacutem přetiacuteženiacute podle třiacuted 5E 10E 20E

30E a 40E viz Obr 31 Tyto třiacutedy uvaacutedějiacute poměr mezi aktuaacutelniacutem prochaacutezejiacuteciacutem proudem

motorem I a jmenovityacutem proudem motoru In uvedenyacutem na štiacutetku v zaacutevislosti na maximaacutelniacute době

rozběhu t

Třiacuteda 5E 10E 20E 30E 40E

t [s] 15 3 6 3 12

Tab 32 Třiacutedy přetiacuteženiacute a čas odpojeniacute

Lze hovořit o dvou typech rozběhu motoru

1 normaacutelniacute rozběh - do 10s

2 těžkyacute rozběh - viacutece jak 10s

Při rozběhu zatiacuteženeacuteho motoru se otaacutečky zvyšujiacute z nuloveacute hodnoty na jmenovitou přičemž

dochaacuteziacute k naacuterůstu proudu až na několikanaacutesobek jeho jmenoviteacute hodnoty Zpravidla u většiacutech

motorů byacutevaacute naacuterůst až 10In tudiacutež v tento bdquokritickyacuteldquo okamžik nesmiacute vybavit ochrana na tepelneacute

přetiacuteženiacute Rozběh motoru pro UMC končiacute při poklesu proudu I na hodnotu 135 proudu

jmenoviteacuteho In nebo při dosaženiacute jmenovityacutech otaacuteček nn Udaacutevaneacute časy představuje Tab 32

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 32

311 Určeniacute teploty vinutiacute a vypiacutenaciacute třiacutedy

Podle způsobu určeniacute teploty vinutiacute motoru se ochrany rozlišujiacute na proudově nezaacutevisleacute a

proudově zaacutevisleacute

Proudově nezaacutevisleacute ochrany měřiacute přiacutemo teplotu ve vinutiacute motoru pomociacute vhodneacuteho čidla

teploty zpravidla termistoru Tiacutemto způsobem lze zjistit nedovoleneacute otepleniacute způsobeneacute např

poruchou cirkulace vzduchu kterou proudově zaacutevislaacute ochrana neniacute schopna vyhodnotit

Proudově zaacutevisleacute ochrany vyhodnocujiacute teplotu vinutiacute motoru nepřiacutemo a to prostřednictviacutem

vyacutepočtoveacuteho modelu z provozniacuteho proudu motoru Zvyacutešeniacute provozniacuteho proudu motoru maacute za

naacutesledek otepleniacute ktereacute vede trvaacute-li delšiacute dobu k poškozeniacute nebo zničeniacute motoru Ochrana při

tepelneacutem přetiacuteženiacute ndash TOL chraacuteniacute motor před přehřaacutetiacutem Tepelnyacute model je vypočiacutetaacutevaacuten za chodu i

v klidu motoru a z těchto stavů se pak zjistiacute tepelnaacute kapacita Znalost teacuteto hodnoty vede

k maximalizaci produktivity Funkčnost tepleneacuteho modelu je v souladu s normou

Při použitiacute motoru pro cyklickeacute operace dochaacuteziacute ke schodoviteacutemu zvyšovaacuteniacute teploty motoru Je

zapotřebiacute volit spraacutevnyacute čas intervalu mezi cykly aby nedochaacutezelo k přehřaacutetiacute a zbytečneacutemu

poškozeniacute izolace vinutiacute motoru

Funkce Thermal load (tzv tepelnaacute zaacutetěž) hliacutedaacute poměr aktuaacutelniacuteho prochaacutezejiacuteciacuteho proudu I a

jmenoviteacuteho proudu In motoru Jakmile poměr IIn přesaacutehne 100 začiacutenaacute odpočet TTT a motor

bude odpojen po uplynutiacute nastaveneacute periody Možnost opětovneacuteho spuštěniacute přetiacuteženeacuteho motoru

proběhne po jeho vychladnutiacute To je možneacute nastavit dvěma způsoby [1]

1 Ručně nastavenou periodou během ktereacute je motor blokovaacuten proti spuštěniacute

(ovlivňovaacuteno velikostiacute motoru teplotou prostřediacute kde je motor použit zda je vybaven

ventilaacutetorem či neniacute apod)

2 Nastaveniacutem procentuaacutelniacute hodnoty tepelneacute kapacity do ktereacute nebude moci obsluha

motor spustit (při nastaveniacute 50 nedojde k odblokovaacuteniacute ochrany pokud neklesne

tepelnaacute kapacita pod zadanou hodnotu)

Určeniacute vypiacutenaciacute třiacutedy je představeno na naacutesledujiacuteciacutem přiacutekladu

Maacuteme-li trojfaacutezovyacute asynchronniacute motor o vyacutekonu 22kW poměr IIn = 5 a maximaacutelniacute dobu

rozběhu to = 10s Z přiloženeacuteho grafu vypiacutenaciacutech třiacuted pro studenyacute motor určiacuteme požadovanou

třiacutedu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 33

Obr 31 Vypiacutenaciacute třiacutedy pro UMC100-FBP[1]

Z vyacutesledku je patrneacute že motor budeme vypiacutenat proti přetiacuteženiacute podle třiacutedy 5E jelikož křivka

pro 5E je pod maximaacutelniacute dobou rozběhu to = 10s Pokud by došlo ke zvoleniacute např třiacutedy 10E

hrozilo by poškozeniacute motoru jelikož by na motor působilo přetiacuteženiacute delšiacute dobu než je tomu

dovoleno [10]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 34

32 Ochrana při zablokovaneacutem rotoru

V okamžiku připojeniacute motoru na napaacutejeciacute siacuteť se rotor neotaacutečiacute (n = 0 s = 1) Motor je ve

stavu nakraacutetko a jeho proud je omezen pouze ohmickyacutemi odpory a rozptylovyacutemi reaktancemi

vinutiacute Zaacuteběrnyacute proud I1z dosahuje většinou 4 až 10 x většiacutech hodnot než proud jmenovityacute In

Určit velikost tohoto proudu je možneacute ze vztahu 321

radic

kde

U1 - Vstupniacute napětiacute

R1 - Odpor primaacuterniacuteho vinutiacute

Xr1 - Reaktance statoroveacuteho vinutiacute

Xrsquor20 - Reaktance zabrzděneacuteho rotoru

Rlsquo2s - Celkovyacute činnyacute odpor rotoru

RFe - Činnyacute odpor magnetickeacuteho obvodu

Xm - Reaktance magnetickeacuteho obvodu

I1z - Zaacuteběrnyacute proud

Obr 32 Obvodovyacute model asynchronniacuteho motoru pro jednu faacutezi statoroveacuteho vinutiacute ndash nakraacutetko

Velkyacute zatěžovaciacute moment Mz nebo mechanickaacute porucha může zapřiacutečinit zablokovaacuteniacute rotoru

Ochrannaacute funkce detekuje dlouhou počaacutetečniacute situaci kteraacute je praacutevě důsledkem zmiacuteněnyacutech přiacutečin

UMC100 tiacutemto odpojiacute motor od napaacutejeniacute čiacutemž ho ochraacuteniacute od nadměrneacuteho tepelneacuteho namaacutehaacuteniacute

V uživatelskeacutem prostřediacute je možneacute individuaacutelně nastavit jak maximaacutelniacute proud tak i čas po

ktereacutem dojde k odpojeniacute zablokovaneacuteho motoru Pro experimentaacutelniacute použitiacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy je nastavena hodnota poměru pro odpočet a naacutesledneacute odpojeniacute IIn na 300 [1] [9]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 35

33 Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute zabezpečiacute odpojeniacute motoru vyskytne-li se v obvodu většiacute

hodnota proudu než nastavenaacute jmenovitaacute In Bliacuteže tuto funkci představiacute přiloženyacute průběh Funkce

je aktivniacute až po roztočeniacute motoru v okamžiku rozběhu je neaktivniacute

Princip ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Do okamžiku T1 od zapnutiacute klesne zaacuteběrnyacute proud na hodnotu cca Ix = 135 In V časoveacutem

uacuteseku T1 až T2 dochaacuteziacute k naacuterůstu prochaacutezejiacuteciacuteho proudu motorem V okamžiku T2 překročiacute

proud hodnotu Ivar Tiacutemto okamžikem začne odpočet nastaveneacute doby zpožděniacute tvar kteraacute po

uplynutiacute sepne signalizaci varovaacuteniacute nadproudoveacuteho přetiacuteženiacute Odpočet doby tvar narůstaacute je-li

proud motorem I gt Ivar Jakmile proud I ge Iodp dochaacuteziacute k sepnutiacute čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute todp

Platiacute-li podmiacutenka I ge Iodp a dojde k načteniacute hodnoty todp UMC100 odpojiacute motor od napaacutejeniacute a tiacutem

zabraacuteniacute jeho poškozeniacute

Obr 33 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu přetiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash dosaženiacute vysokeacute proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash dosaženiacute hodnoty proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

34 Ochrana při proudoveacutem podtiacuteženiacute

Jakmile hodnota (činneacuteho) proudu klesne pod nastavenou uacuteroveň kteraacute je pro danyacute proces

typickaacute dojde v UMC100 k vybaveniacute ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a motor odpojiacute od

napaacutejeniacute Tato ochrana se předevšiacutem využiacutevaacute pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacute funkce čerpadla když detekuje

ztraacutetu jeho saacuteniacute či pro paacutesoveacute dopravniacuteky ve vyacuterobniacutech provozech Včasneacute varovaacuteniacute a odpojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 36

motoru snižuje zejmeacutena prostoje vyacuteroby Princip varovaacuteniacute a odpojeniacute je představen na

naacutesledujiacuteciacutem průběhu jak tomu bylo u ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Princip ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute zobrazeneacuteho průběhu

Po poklesu aktuaacutelniacuteho proudu v okamžiku T1 motor normaacutelně běžiacute V časoveacutem uacuteseku T1 až

T2 dochaacuteziacute k poklesu proudu pod jmenovitou hodnotu In až na nastavenou hodnotu Ivar Při

dosaženiacute teacuteto hodnoty začne odpočet varovaacuteniacute proudoveacuteho podtiacuteženiacute Nepřesaacutehne-li proud za

dobu kratšiacute než tvar mez Ivar (tzn nevzroste-li se zpět k In) dojde ke spuštěniacute signalizace

proudoveacuteho podtiacuteženiacute Při pokračujiacuteciacutem poklesu proudu jak je patrneacute v časoveacutem intervalu T2-T3

až na mez Iodp dojde k čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute Při překročeniacute nastaveneacute doby todp a za

podmiacutenky že proud I le Iodp UMC100 motor odpojiacute od napaacutejeciacute siacutetě

Obr 34 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash niacutezkaacute proudovaacute uacuteroveň kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash hodnota proudu kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

Popis funkce ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute blokoveacuteho scheacutematu

Signaacutel Istart představuje hodnotu proudu po startu motoru- log 1(tzn Signalizace motoru v

chodu) Tento signaacutel tvořiacute vstup logickeacuteho hradla AND (1) Funkci tohoto hradla znaacutezorňuje

přiloženaacute tabulka Tab 33 Druhyacute vstup signalizuje aktuaacutelniacute hodnotu proudu kteraacute motorem

proteacutekaacute Je-li proud IltIvar detekuje hradlo AND druhou logickou jedničku a hradlo vybaviacute podle

přiloženeacute tabulky Tento signaacutel z hradla aktivuje časovač zpožděniacute varovaacuteniacute Po uplynutiacute

nastaveneacuteho časoveacuteho uacuteseku signalizuje podtiacuteženiacute Dochaacuteziacute-li staacutele k poklesu proudu až do

uacuterovně kdy IltIodp pak na druheacutem logickeacutem hradle AND (2) budou na vstupu log 1 Sepne

čiacutetaacuteniacute zpožděniacute vypnutiacute a po uplynutiacute doby UMC motor vypne

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 37

Obr 35 Blokoveacute scheacutema ochrany proti proudoveacutemu podtiacuteženiacute [1]

Vstup Vyacutestup

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

Tab 33 Princip funkce logickeacuteho hradla AND

341 Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek

Při chodu asynchronniacuteho motoru odebiacuteraacute stroj ze siacutetě jalovyacute proud kteryacute je potřebnyacute pro

vytvořeniacute magnetizace hlavniacuteho magnetickeacuteho obvodu Tento tzv magnetizačniacute proud je

nezaacutevislyacute na zatiacuteženiacute stroje Uplatněniacute nalezne zejmeacutena při chodu napraacutezdno a maleacutem zatiacuteženiacute

kdy je uacutečiniacutek motoru niacutezkyacute Motor maacute tedy nejleacutepe pracovat při plneacutem zatiacuteženiacute[11]

Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek jsou důležiteacute parametry pro detekovaacuteniacute niacutezkeacute zaacutetěže nebo situace bez

zaacutetěže např uzavřenyacute ventil Pomociacute napěťoveacuteho modulu VI15x a UMC je měřeno sdruženeacute

(faacutezoveacute) napětiacute faacutezovyacute proud čili i faacutezovyacute posuv mezi proudem a napětiacutem - cos φ Pomociacute těchto

parametrů je UMC schopneacute analogicky spočiacutetat hodnotu činneacuteho přiacutekonu

radic

Poklesne-li poteacute činnyacute přiacutekon pod nastavenou procentuaacutelniacute hodnotu P (př 85 Pn) motor vypne

tj bude-li PPn le 085

Experimentaacutelniacutem měřeniacutem v raacutemci laboratorniacute uacutelohy byla pomociacute přiacutestroje Yokogawa WT1800

změřena zaacutevislost uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute motoru Z vyacutesledneacuteho grafu (Obr 37) je

patrneacute že se snižovaacuteniacutem zatiacuteženiacute rotoru klesaacute velikost uacutečiniacuteku Naměřeneacute hodnoty pro konstrukci

grafu jsou uvedeny v přiacuteloze

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 38

Obr 36 Charakteristiky asynchronniacuteho motoru při zatiacuteženiacute [11]

Obr 37 Graf zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti P2

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

01

02

03

04

05

06

07

08

09

0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000

P1 [

W]

cos

ϕ [

-]

P2 [W]

P2 P1 Q1

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 39

35 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

Princip ochrany

Je-li poměr nejnižšiacuteho proudu (Imin) a nejvyššiacuteho proudu (Imax) ve faacuteziacutech nad nastavenou

uacuterovniacute pro varovaacuteniacute sepne signalizace ztraacutety faacuteze Jakmile ovšem tento poměr překročiacute

nastavenou hodnotu pro odpojeniacute motoru sepne zpožděniacute vypnutiacute a podle nastaveneacute třiacutedy

přetiacuteženiacute motor po uplynutiacute časoveacuteho intervalu odpojiacute

Funkce faacutezoveacute nesymetrie je aktivniacute pouze tehdy je-li proud ve všech třech faacuteziacutech gt 25 In

(jmenoviteacuteho proudu) [1]

Naacutesledujiacuteciacute rovnice představuje vyacutepočet procentuaacutelniacuteho poměru proudu pro vypnutiacute motoru při

uacuteplneacute ztraacutetě faacuteze

(

)

36 Ochrana sledu faacuteziacute

Ochrana sledu faacuteziacute hliacutedaacute zejmeacutena spraacutevnyacute směr otaacutečeniacute motoru Důležiteacute pro použitiacute teacuteto

ochrany je miacutesto zapojeniacute napěťoveacuteho modulu VI15x Pokud by byl modul zapojen za stykači

nastala by chyba při reverzniacutem zapojeniacute Na stykačiacutech dochaacuteziacute zapojeniacutem k zaacuteměně dvou

faacutezovyacutech vodičů a tiacutem i změně směru otaacutečeniacute motoru UMC s pomociacute VI150 vyhodnotiacute situaci

jako chybovou a vypne motor Napěťovyacute modul se tedy zpravidla umiacutesťuje hned za hlavniacute jistiacuteciacute

prvek viz Obr 44

37 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Jedno z největšiacutech nebezpečiacute pro motor představuje ztraacuteta jedneacute napaacutejeciacute faacuteze Chod na 2

napaacutejeciacute faacuteze zatěžuje motor na tepelneacute uacutečinky proudu vlivem zvyacutešeniacute proudu ve zbylyacutech 2

faacuteziacutech UMC100 v tomto přiacutepadě vypiacutenaacute motor podle předem stanovenyacutech časovyacutech intervalů

Intervaly vypnutiacute jsou stejneacute jako pro ochranu proti proudoveacutemu přetiacuteženiacute (Tab 32) a

odpoviacutedajiacute nastaveneacute třiacutedě přetiacuteženiacute Tuto ochranu dřiacuteve zajišťovalo tepelneacute releacute ktereacute v tomto

přiacutepadě nemusiacute byacutet použito

38 PTC ochrana

381 Termistor

Termistor je polovodičovyacute nelineaacuterniacute dvojpoacutel jehož odpor se měniacute v zaacutevislosti na teplotě

prostřediacute ve ktereacutem pracuje Jeho vyacutehodou je že velmi rychle a citlivě reaguje na změnu teploty

Rozlišujeme zpravidla 2 druhy termistorů

1 NTC (Negative Temperature Coefficient) - termistor se zaacutepornyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou klesaacute jeho odpor (roste elektrickaacute vodivost a proud)

2 PTC (Positive Temperature Coefficient) ndash termistor s kladnyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou jeho odpor roste

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 40

Obr 38 Zaacutevislost odporu termistoru na teplotě

Použitiacute termistorů

NTC termistory se použiacutevajiacute zpravidla k měřeniacute teploty PTC se nejčastěji využiacutevaacute

v kuchyňskyacutech spotřebičiacutech kde je požadovaacutena konstantniacute teplota v termostatech a pro hliacutedaacuteniacute

teploty vinutiacute motorů

382 Princip PTC ochrany v UMC

Ochrana obecně spadaacute do skupiny proudově nezaacutevislyacutech ochran Pro připojeniacute PTC

termistoru sloužiacute na UMC100 svorky s označeniacutem T1 a T2 PTC zvyšuje svůj odpor s rostouciacute

teplotou proto je možneacute ho použiacutet pro hliacutedaacuteniacute teploty např vinutiacute statoru UMC je schopneacute

vyhodnotit tuto změnu odporu a vydaacute signaacutel k odpojeniacute motoru od siacutetě [7]

39 Ochrana při zemniacutem spojeniacute

Ochrana při zemniacutem spojeniacute spočiacutevaacute v ochraně motoru siacutetě a technologie při nežaacutedouciacutech

vlivech způsobenyacutech zejmeacutena staacuternutiacutem izolace a jejiacutem zhoršenyacutem izolačniacutem uacutečinkem

Naacutesledkem přetěžovaacuteniacute vedeniacute vlhkostiacute kondenzaciacute vody v elektrickeacutem zařiacutezeniacute nebo vrstvou

vodiveacuteho prachu jsou praacutevě zhoršeneacute vlastnosti izolačniacuteho materiaacutelu To vede k nechtěneacutemu

zemniacutemu spojeniacute Zemniacute spojeniacute je monitorovaacuteno pomociacute UMC spolu se zařiacutezeniacutem CEM11 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 41

DEMONSTRAČNIacute PŘIacutePRAVEK 4

41 Naacutevrh přiacutepravku

Pro demonstraci UMC100 a dalšiacutech prvků řady produktů od společnosti ABB sro byl

navržen přiacutepravek pomociacute software AutoCAD a Inventor Professional kteryacute byl poteacute zrealizovaacuten

a oživen Nosnaacute konstrukce (Obr 41) je vyrobena z jӓckelu o rozměru 25x25mm

Obr 41 Nosnaacute konstrukce

Čelniacute panel tvořiacute plech s rozměry 500x400mm a tloušťky 2mm Plech je osazen

rozvaděčovyacutemi kanaacutely 25x60mm a všemi potřebnyacutemi komponentami pro realizaci zapojeniacute

Vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho panelu s otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky a ovlaacutedaciacute tlačiacutetka motoru je na

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

Seznam použityacutech komponent Vyacuterobce

3-poacutelovyacute jistič C16 OEZ

Pojistkoveacute pouzdro RSP 4 Elektro Bečov

Komunikačniacute modul MTQ22-FBP ABB

Motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP ABB

Napěťovyacute modul VI150-FBP ABB

Rozšiřovaciacute modul DX122-FBP ABB

Ministykač LC1K09(LC1K12) Schneider Electric

Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A ABB

Rozvaděčovyacute kanaacutel 25x60mm KOPOS

Přiacutestrojoveacute zdiacuteřky 4mm do panelu AMASS

Tlačiacutetka do panelu 250V1A JIETONG

Tab 41 Seznam použityacutech komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 42

Pro konstrukci je důležiteacute aby navrženyacute panel rozměrově odpoviacutedal všem potřebnyacutem přiacutestrojům

a modulům Pro tuto přiacuteležitost je pomociacute software AutoCAD vytvořen vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho

panelu Obr 43 kteryacute je konstruovaacuten

Navrženyacute nosnyacute plech tloušťky 2mm na ktereacutem jsou umiacutestěny veškereacute komponenty Obr 42

Ve vrchniacute polovině plechu jsou vyvrtaacuteny otvory o průměru 4mm sloužiacuteciacute pro uchyceniacute

rozvaděčoveacuteho kanaacutelu a DIN lišty Ve středniacute čaacutesti plechu jsou 4 průvlečneacute otvory určeneacute k

průchodu vodičů ze zadniacute čaacutesti plechu (od napaacutejeciacutech svorek) do rozvaděčoveacuteho kanaacutelu na straně

předniacute Pro tuto potřebu jsou stejneacute otvory vyvrtaacuteny takeacute do dna kanaacutelu Ve spodniacute čaacutesti jsou

otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky pomociacute kteryacutech je zajištěno napaacutejeniacute panelu a poteacute napaacutejeniacute motoru

a 3 otvory na ovlaacutedaciacute tlačiacutetka k zajištěniacute ovlaacutedaacuteniacute motoru Uchyceniacute plechu k nosneacute konstrukci

je provedeno samořeznyacutemi šroubky M5 v roziacutech plechu

Obr 42 Naacutevrh plechu panelu

Vyacutekres plechu s udaacuteniacutem koacutet je obsažen v přiacuteloze praacutece viz Obr 01

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 43

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 44

42 Scheacutema zapojeniacute přiacutepravku

Demonstračniacute panel je uzpůsoben pro reverzniacute chod trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 44 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho přiacutepravku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 45

43 Vyacuteslednyacute přiacutepravek

Vyacuteslednyacute osazenyacute a zapojenyacute přiacutepravek určenyacute pro laboratorniacute uacutelohu doplněnyacute vhodnyacutemi

štiacutetky pro ovlaacutedaacuteniacute a zapojeniacute napaacutejeciacute siacutetě (VSTUP) a motoru (VYacuteSTUP)

Obr 45 Demonstračniacute přiacutepravek

Zadniacute čaacutest panelu s izolovaacuteniacutem konektorů FASTON pomociacute teplem smrštitelneacute bužiacuterky před

nebezpečnyacutem dotykem živeacute čaacutesti

Obr 46 Zadniacute pohled

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 46

44 Demonstračniacute kufr pro ABB

Pro společnost ABB sro byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 prezentujiacuteciacute

jeho možnosti Zaacutekladniacutem požadavkem naacutevrhu bylo řešeniacute pomociacute jednofaacutezoveacuteho napaacutejeniacute

Jelikož UMC100 je uzpůsobeno pro chod trojfaacutezovyacutech motorů je použit frekvenčniacute měnič

ACS50 kteryacute nabiacuteziacute při napaacutejeniacute pomociacute jednofaacutezoveacute siacutetě na sveacutem vyacutestupu napětiacute 3x230V50Hz

Pro digitaacutelniacute vstupy UMC100 a rozšiřovaciacuteho modulu DX111 je navrženo použitiacute dvoupoacutelovyacutech

paacutečkovyacutech přepiacutenačů s funkciacute (ON)-OFF-ON s napětiacutem 24V DC K signalizaci aktivniacutech vstupů

a vyacutestupů je navrženo použitiacute zelenyacutech signaacutelek Ovlaacutedaciacute panel kufru obsahuje spiacutenače pro

simulaci ztraacutety napaacutejeciacute faacuteze motoru potenciometr k simulaci faacutezoveacute nesymetrie daacutele červenou

signaacutelku pro signalizaci poruchovyacutech stavů a žlutou pro chod motoru Všechny přepiacutenače a

signaacutelky jsou přiacutestupneacute uživateli prostřednictviacutem navrženeacuteho ovlaacutedaciacuteho panelu kteryacute současně

posloužiacute jako kryt kufru (Obr 02) Jelikož pro přenosnyacute kufr neniacute nejvhodnějšiacute použitiacute

asynchronniacuteho motoru je proto použit 6-poacutelovyacute synchronniacute motor s přiacutekonem 23VA

vyacutestupniacutem vyacutekonem 105W a jmenovityacutem proudem 100mA

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 47

Obr 47 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho kufru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 48

SIMULACE OCHRAN 5Kapitola obsahuje soupis simulaciacute ochran ktereacute jsou demonstrovaacuteny v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jež se zabyacutevaacute problematikou UMC100 Z širokeacute škaacutely ochran jsou vybraacuteny 4 situace ktereacute

se v průmyslu často vyskytujiacute

51 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

K nasimulovaacuteniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii je použit posuvnyacute potenciometr kteryacute je

připojen na svorky (12) Pomociacute potenciometru bude snižovaacutena velikost napětiacute na přiacutevodniacute faacutezi

do motoru (L1) Pro demonstraci ochrany je použit napěťovyacute modul VI150 spolu s UMC100 Na

svorky modulu označeneacute (L1L2 a L3) jsou přivedeny faacuteze v uvedeneacutem sledu Při zvyšovaacuteniacute

odporu rezistoru ve faacutezi dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute napětiacute na přiacutevodniacute svorce (L1) vlivem rostouciacuteho

uacutebytku napětiacute na daneacutem rezistoru Je-li napěťovyacute modul propojen vodičem s UMC a je-li spraacutevně

nastaven UMC vyhodnotiacute po určiteacutem poklesu napětiacute a naacuterůstu proudu ve zbylyacutech dvou faacuteziacutech

(L2 a L3) jako chybovou a vybaviacute Nejprve bude vybaveno varovaacuteniacute a poteacute dojde k odpojeniacute

motoru

52 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze je motor vystaven vysokeacutemu riziku což většinou vede k jeho

zničeniacute Demonstrace ochrany proběhne uacuteplnyacutem odpojeniacutem napaacutejeciacute faacuteze L2 Pro vybaveniacute

ochrany neniacute zapotřebiacute aby byl motor v chodu neboť použitiacute napěťoveacuteho modulu VI150

detekuje nepřiacutetomnost napětiacute faacuteze a vybaviacute Při chodu motoru ochrana vybaviacute od 15s pro třiacutedu

5E a do 12s pro 40E podle nastaveneacute třiacutedy přetiacuteženiacute viz Tab 32 Princip funkce při chodu

motoru spočiacutevaacute v porovnaacuteniacute nejvyššiacute a nejnižšiacute naměřeneacute hodnoty faacutezoveacuteho proudu s

nastavenyacutemi uacuterovněmi Vyacutehodou je že signalizuje varovaacuteniacute ještě před samotnyacutem spuštěniacutem

motoru kdy může nastat stav že je přepaacutelena pojistka a obsluha toto nezaznamenala Mimo

přepaacuteleneacute pojistky se může takeacute jednat o uvolněnyacute nebo opotřebenyacute kontakt

53 Ochrana sledu faacuteziacute

Pro spraacutevnyacute chod motoru a diagnostiku pomociacute kontroleacuteru s použitiacutem napěťoveacuteho modulu je

zapotřebiacute dodržet sled faacuteziacute tzn Faacutezovyacute vodič L1rarrsvorka L1 L2 rarrsvorka L3 a L3rarrsvorka L3

Při zaacuteměně některyacutech faacutezovyacutech vodičů neprodleně vybaviacute ochrana sledu faacuteziacute a neniacute dovoleno

spuštěniacute motoru do okamžiku dokud neniacute obsluhou tento probleacutem vyřešen

54 PTC ochrana

Pro vyhodnocovaacuteniacute teploty vinutiacute statoru motoru sloužiacute termistor PTC Při zvyacutešeniacute teploty

nastaacutevaacute zvyacutešeniacute odporu termistoru (viz Obr 38) a motor odpojiacute Udaacutevanaacute odezva UMC na

změnu odporu je v rozmeziacute R = 34-38kΩ

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 49

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany

Z důvodu ochrany motoru neniacute vhodneacute vystavovat motor zvyacutešeneacute teplotě pro nastiacuteněniacute funkce

PTC ochrany Pro tento uacutečel posloužiacute zhotovenyacute box osazenyacute lineaacuterniacutem potenciometrem

s hodnotou odporu 25kΩ jemuž jsou předřazeny odpory 1kΩ a 330Ω

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 50

LABORATORNIacute UacuteLOHA 6

61 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100

Uacutekolem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute řiacutediacuteciacute a kontrolniacute jednotkou pro

provoz trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru UMC100

Motorovyacute kontroleacuter nabiacuteziacute 3 releacuteoveacute vyacutestupy Tyto vyacutestupy jsou připojitelneacute na napětiacute 230V AC s

maximaacutelniacutem proudem 1A Releacuteoveacute vyacutestupy sloužiacute zejmeacutena pro připojeniacute budiacuteciacutech ciacutevek stykačů

Hlavniacute vstupy jsou tvořeny seacuteriiacute svorek jež je umiacutestěnaacute ve spodniacute čaacutesti kontroleacuteru Svorky nesou

označeniacute (DI0 DI1 hellip DI5) Tyto digitaacutelniacute vstupy pracujiacute s napětiacutem 24V DC a sloužiacute pro

připojeniacute ovlaacutedaciacutech tlačiacutetek jako start motoru stop motoru reverzaci rozběh hvězda-trojuacutehelniacutek

nebo např použitiacute vstupu pro koncovyacute spiacutenač pro připojeniacute pomocnyacutech kontaktů stykačů či

funkci aktuaacutetor kdy je ovlaacutedaacuten pohon ventilu Vše podle nastaveniacute uživatele a pracovniacuteho

procesu Vedle hlavniacutech vstupniacutech kontaktů se nachaacuteziacute takeacute jeden vyacutestupniacute s označeniacutem (DO3)

Tento digitaacutelniacute vyacutestup lze využiacutet k připojeniacute 24V DC signalizačniacute kontrolky pro chybovaacute hlaacutešeniacute

modulu UMC100 nabiacuteziacute integrovanyacute vstup pro připojeniacute PTC termistoru Diacuteky PTC jsme

schopni hliacutedat teplotu statoroveacuteho vinutiacute a předejiacutet tiacutem zaacutevažneacutemu poškozeniacute motoru

Hlavniacute obvod

Měřeniacute proudu faacutezovyacutemi vodiči je řešeno pomociacute 3 průvlečnyacutech ok integrovanyacutech v modulu

Tato průvlečnaacute oka jsou měřiacuteciacutemi transformaacutetory proudu navinutyacutemi na toroidniacutem jaacutedře Diacuteky

těmto transformaacutetorům je kontroleacuter schopnyacute měřit proud v rozsahu 024 až 63A Pro vyššiacute

hodnoty proudů až 850A se použiacutevaacute externiacute proudovyacute transformaacutetor

Možnost rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru

UMC se v průmyslovyacutech aplikaciacutech nejčastěji použiacutevaacute s využitiacutem napěťoveacuteho a rozšiřovaciacuteho

(vstupně-vyacutestupniacuteho) modulu Pro laboratorniacute uacutelohu je použit napěťovyacute modul VI150 a

rozšiřovaciacute modul DX122 jenž jsou připojeny k UMC pomociacute UMCIO-CAB přes svorky

s označeniacutem Ca a Cb

Napěťovyacute modul VI150

K demonstraci kontroleacuteru je použit modul s označeniacutem VI150 Zařiacutezeniacute disponuje konektory pro

připojeniacute faacutezovyacutech vodičů (L1 L2 a L3) a je schopneacute měřit hodnotu sdruženeacuteho napětiacute siacutetě

S naměřenyacutemi hodnotami faacutezoveacuteho proudu pomociacute UMC dostaacutevaacuteme takeacute hodnotu faacutezoveacuteho

posuvu mezi napětiacutem a proudem tedy uacutečiniacuteku cos φ Z těchto naměřenyacutech parametrů vypočiacutetaacute

řiacutediacuteciacute jednotka kontroleacuteru činnyacute přiacutekon Ovšem pro spraacutevnou detekci napětiacute je nutneacute dodržet

zapojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 51

Vstupně-vyacutestupniacute modul DX122

Modul umožňuje rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru o dalšiacutech 8 digitaacutelniacutech vstupů na napětiacute 110-230V AC 4

releacuteoveacute vyacutestupy a 1 analogovyacute vyacutestup Pomociacute programu ABB Asset Vision Basic je možneacute

přiacutemeacute přiřazeniacute parametrů a programovaacuteniacute UMC100 a takeacute všech zařiacutezeniacute kteraacute jsou vybavena

DTM (Device Type Manager)- naacutestroj pro konfiguraci a spraacutevu zařiacutezeniacute

Komunikačniacute modul MTQ22

O komunikaci mezi UMC a PC se staraacute modul MTQ22 V software vytvořeneacutem pomociacute

vyacutevojoveacuteho prostřediacute LabVIEW lze sledovat aktuaacutelniacute měřeneacute veličiny zobrazenaacute varovaacuteniacute

poruchovyacutech stavů informace o stavu vstupů a vyacutestupů apod

Napaacutejeciacute zdroj

Napaacutejeniacute modulů zajišťuje zdroj CP-D 2413A s regulaciacute vyacutestupniacuteho napětiacute Regulace je možnaacute

v rozpětiacute 24-28V DC Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute zdroje je umožněna z důvodu požadavku

přesneacuteho napětiacute 24V DC Vlivem zatiacuteženiacute (napaacutejeniacute UMC VI a DX) vyacutestupniacute napětiacute zdroje klesaacute

podle zatěžovaciacute charakteristiky přiacuteslušneacuteho zdroje CP-D sloužiacute takeacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacutech

vstupů UMC

Ochranneacute funkce

UMC nenabiacuteziacute pouze možnost měřeniacute faacutezoveacuteho proudu ale takeacute řadu ochran při poruchovyacutech

stavech provozu Nejčastěji v praxi využiacutevanaacute ochrana je ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute kteraacute

je doprovaacutezena varovnou signalizaciacute nastaacutevajiacuteciacute poruchy

Ochrana motoru při proudoveacutem podtiacuteženiacute pracuje na obdobneacutem principu jako předchoziacute ochrana

Kontroleacuter monitoruje hladinu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu Při jeho poklesu pod nastavenou

uacuteroveň maximaacutelniacuteho dovoleneacuteho poklesu (udaacutevaneacute relativně v k jmenoviteacutemu In) dochaacuteziacute k

signalizaci chyby a odpojeniacute motoru od siacutetě

PTC ochrana spočiacutevaacute v hliacutedaacuteniacute teploty statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru pomociacute PTC

termistoru V našem přiacutepadě je použito lineaacuterniacuteho potenciometru kdy se zvyšujiacuteciacutem se odporem

potenciometru simulujeme zvyšujiacuteciacute se teplotu statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru

Při ztraacutetě některeacute napaacutejeciacute faacuteze motoru dochaacuteziacute k okamžiteacutemu blokovaacuteniacute startu motoru

Ochrana sledu faacuteziacute zajistiacute spraacutevneacute zapojeniacute vodičů L1 L2 a L3 ktereacute je slučitelneacute s nastaveniacutem v

UMC

Vlivem přerušovaneacuteho provozu např S3 kdy nedochaacuteziacute v době klidu a odpojeniacute motoru k

poklesu teploty na teplotu okoliacute může vybavit Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute - Thermal

Overload Protection (TOL)

Zablokovaniacute rotoru byacutevaacute způsobeno přiacuteliš vysokyacutem zaacutetěžnyacutem momentem Mz na hřiacutedeli motoru

nebo mechanickou poruchou Kontroleacuter je při startu schopen detekovat tento stav

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 52

62 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute uacutelohy a scheacutema zapojeniacute panelu

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 53

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 54

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha

Štiacutetek použiteacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 64 Štiacutetek motoru

63 Popis scheacutematu zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

Na vstupniacute svorky s označeniacutem VSTUP (L1 L2 L3 N PE) jsou přivedeny přiacuteslušneacute vodiče

z pracovniacuteho stolu Hlavniacute 16A jistič s vypiacutenaciacute charakteristikou typu C sloužiacute pro jištěniacute siloveacute

čaacutesti obvodu Pro jištěniacute napaacutejeciacuteho zdroje CP-D sloužiacute tavnaacute pojistka 2T250V Napěťoveacute

vstupy na modul VI150 jsou jištěny tavnou pojistkou F125250V Posuvnyacute potenciometr

umiacutestěnyacute na faacutezoveacutem vodiči L1 sloužiacute k demonstraci ochrany při faacutezoveacute nesymetrii

Komunikačniacute modul MTQ22 zajišťuje komunikaci mezi UMC a PC kdy prostřednictviacutem

Ethernetoveacute siacutetě jsme schopni čiacutest měřeneacute veličiny

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 55

64 Pracovniacute postup

1 Seznamte se s kontroleacuterem UMC100 a ostatniacutemi komponenty použityacutemi pro laboratorniacute

uacutelohu a se scheacutematem zapojeniacute uacutelohy

2 Připojte elektromotor a vstupniacute svorky na přiacuteslušneacute zdiacuteřky Před připojeniacutem vyacutekonoveacuteho

potenciometru ověřte měřeniacutem jeho minimaacutelniacute a maximaacutelniacute hodnotu odporu a

poznamenejte si je

3 Připojte potenciometr na určeneacute zdiacuteřky označeneacute čiacutesly 1 a 2 a nastavte hodnotu odporu

4 Po kontrole zapojeniacute vyučujiacuteciacutem zapněte pracoviště a nastavte autotransformaacutetor na 100

vyacutestupniacuteho napětiacute Zapněte hlavniacute jistič Kontrola a nastaveniacute komunikace mezi UMC

DX a VI

Nastaveniacute Komunikace se provede přes LCD displej naacutesledujiacuteciacutem způsobem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on

5 Stiskem tlačiacutetka VPŘED nebo VZAD na panelu uvedeme motor do chodu Pro přechod

z jednoho směru do druheacuteho je nutneacute nejprve zastavit motor tlačiacutetkem STOP Při

zastaveniacute je kontroleacuterem motor blokovaacuten po dobu 3s před dalšiacutem spuštěniacutem z důvodu

doběhu motoru Pohybem tlačiacutetek nahoru dolů pomociacute LCD v hlavniacute nabiacutedce - UMC -

můžeme sledovat aktuaacutelniacute proud motoru sdruženeacute napětiacute odebiacuteranyacute přiacutekon ze siacutetě

uacutečiniacutekhellip

6 Při provaacuteděniacute uacutelohy na brzdě (dynamometru) ověřte funkci ochrany při zablokovaacuteniacute

rotoru funkci ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a proudoveacutem přetiacuteženiacute

7 Při vybaveniacute každeacute z ochran zaznamenejte hodnotu kdy vypnula Před novyacutem startem je

důležiteacute přečiacutest zaacuteznam důvodu poruchy a proveacutest reset na panelu UMC100-PAN jinak je

START blokovaacuten

65 Měřeniacute

OCHRANA PŘED PŘEHŘAacuteTIacuteM MOTORU

Potenciometrem označenyacutem PTC je zvyšovaacutena hodnotu odporu do okamžiku kdy dojde

k odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě zapůsobeniacutem PTC ochrany Hodnota odporu potenciometru

při vybaveniacute ochrany je určena měřeniacutem na 341kΩ Odpoviacutedajiacuteciacute hodnotu teploty motoru

odečteme z grafu a hodnoty odporu potenciometru při vypnutiacute

Do tabulky zapište změřenou hodnotu odporu potenciometru při vypnutiacute Při teacuteto hodnotě odporu

odečtěte teplotu motoru z grafu Ziacuteskanou teplotu porovnejte s vypočtenou teplotou motoru

Tabulka naměřenyacutech a vypočtenyacutech hodnot

R ϑg R0 ϑ

[Ω] [degC] [Ω] [degC]

3410 136 1320 13626

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 56

Vyacutepočet vychaacuteziacute ze vztahu pro zaacutevislost elektrickeacuteho odporu vodiče na teplotě

(651)

kde

(652)

Po uacutepravě pak

α - teplotniacute součinitel elektrickeacuteho odporu (K-1

) (α = 001162 K-1

)

R0 - odpor potenciometru v zaacutekladniacute poloze

R - odpor potenciometru při vybaveniacute ochrany

ϑg - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute odečtenaacute z grafu

ϑ - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute ndash vypočtenaacute

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

R [

Ω]

ϑ [degC]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 57

Vinutiacute motoru je izolovaacuteno izolaciacute třiacutedy F (155)

Třiacuteda izolace A E B F H

Okolniacute teplota [degC] 40 40 40 40 40

Povolenyacute naacuterůst teploty [degC] 60 75 80 105 125

Teplotniacute rezerva 5 5 10 10 15

Konečnaacute teplota 105 120 130 155 180

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru [12]

OCHRANA PŘED NESPRAacuteVNYacuteM SLEDEM FAacuteZIacute

Nedodrženiacutem sledu napaacutejeciacutech faacutezovyacutech vodičů (zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů svorek L2 a L3)

jak je nastaveno v UMC provaacutediacute napěťovyacute modul blokaci startu motoru V tomto přiacutepadě

vybavuje neprodleně ochrana sledu faacuteziacute ndashPhase sequence Funkci zaznamenejte do protokolu

OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII

Zvyšovaacuteniacutem odporu vyacutekonoveacuteho potenciometru zapojeneacuteho ve faacutezi L1 (viz scheacutema zapojeniacute

uacutelohy) dochaacuteziacute k simulaci faacutezoveacute nesymetrie siacutetě Motor je odpojen v okamžiku kdy poklesne

hodnota sdruženeacuteho napětiacute mezi faacutezemi L3 a L1 přibližně na hodnotu Us = 380V Velikost

odporu při vybaveniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii činiacute 101Ω Hodnotu nesymetrie zaznamenejte

do protokolu

OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE

Ztraacuteta faacuteze se realizuje pomociacute spiacutenače v pracovniacutem stole kdy odpojiacuteme napaacutejeciacute faacutezi Změřte

čas od odpojeniacute faacuteze L2 do vybaveniacute ochrany při ztraacutetě faacuteze a poznamenejte do protokolu

66 Demonstrace ochran při použitiacute dynamometru

OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU

K testu ochrany při zablokovaacuteniacute rotoru posloužiacute dynamometr jehož hřiacutedel je spojenaacute se hřiacutedeliacute

asynchronniacuteho motoru pomociacute spojky Hřiacutedel dynamometru je poteacute mechanicky zablokovaacutena

Stiskem přiacuteslušneacuteho tlačiacutetka je proveden start motoru a sledovaacuten proud při odpojeniacute motoru od

siacutetě a čas odpojeniacute Proud při vybaveniacute ochrany při mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru dosaacutehl

hodnoty 1978A což odpoviacutedaacute 582In

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute ndash (High current protection)

Pro simulaci proudoveacuteho přetiacuteženiacute maacuteme nastavenou hodnotu odebiacuteraneacuteho proudu na 130 pro

odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě Snižovaacuteniacutem jmenovityacutech otaacuteček motoru pomociacute dynamometru

(bržděniacutem tzn n rarr 0) dochaacuteziacute k naacuterůstu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu I Odpojeniacute nastalo při

odebiacuteraneacutem proudu 447A Nastaveneacute hodnotě (13In ) naacuteležiacute proud 442A Tiacutem lze konstatovat

že vyacutesledek měřeniacute je srovnatelnyacute s hodnotami uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute

Stav proudoveacuteho podtiacuteženiacute nedostatečneacuteho proudoveacuteho zatiacuteženiacute použiacutevanyacute zejmeacutena u čerpadel

je simulovaacuten pomociacute dynamometru kdy je nastavenaacute hodnota poklesu aktuaacutelniacuteho proudu na

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 58

085In a čas odpojeniacute od siacutetě na 10s Po roztočeniacute a zatiacuteženiacute motoru na hodnotu jmenoviteacuteho

proudu jsou pomociacute dynamometru zvyšovaacuteny otaacutečky motoru n Tento proces maacute za naacutesledek

snižovaacuteniacute aktuaacutelniacuteho proteacutekaneacuteho proudu I kdy motor ztraacuteciacute zatiacuteženiacute Nastaveneacute hodnotě

podtiacuteženiacute odpoviacutedaacute aktuaacutelniacute proud 289A Při dosaženiacute teacuteto uacuterovně je spuštěn odpočet a motor za

10s odpojen

67 Vyhodnoceniacute a zaacutevěr

Vyacutesledkem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute technologiiacute pro diagnostiku

veličin při chodu trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru Při demonstračniacute simulaci ochran byly

dosaženy naacutesledujiacuteciacute vyacutesledky PTC ochrana vybavuje při hodnotě odporu 341kΩ Tato hodnota

odpoviacutedaacute teplotě ϑg = 136degC odečteneacute z grafu Vypočtenaacute teplota ϑ = 13626degC Vyacuterobce uvaacutediacute

zapůsobeniacute ochrany při hodnotě odporu v rozsahu 34-38kΩ Zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů L2 a

L3 proběhla okamžitaacute blokace spuštěniacute motoru Faacutezovaacute nesymetrie vybavila při poklesu napětiacute o

5 Ztraacutetou napaacutejeciacute faacuteze proběhlo odpojeniacute motoru v čase t = 15s Čas odpojeniacute odpoviacutedaacute třiacutedě

přetiacuteženiacute 5E kteraacute je nastavena

Při testu za použitiacute dynamometru bylo zjištěno že při zablokovaneacutem rotoru motoru zapůsobil

kontroleacuter při nastaveneacutem přetiacuteženiacute 3In Teacuteto hodnotě naacuteležiacute proud 102A Jelikož je nastavena

třiacuteda přetiacuteženiacute 5E ktereacute naacuteležiacute interval 15s a poteacute odpojeniacute motoru tak během tohoto okamžiku

vzrostla hodnota proudu na 1978A což odpoviacutedaacute 582In Při proudoveacutem přetiacuteženiacute odpoviacutedaly

vyacutesledky měřeniacute nastaveneacute hodnotě přetiacuteženiacute 13In Ve stavu proudoveacuteho podtiacuteženiacute zapůsobila

ochrana spraacutevně dle nastaveneacuteho poklesu proudu na 085In

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 20: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 20

23 Napěťovyacute a rozšiřovaciacute modul

Napěťovyacute VI15x a rozšiřovaciacute (vstupně vyacutestupniacute) modul DX1xx sloužiacute pro možneacute rozšiacuteřeniacute

UMC o dalšiacute vstupy a vyacutestupy v přiacutepadě modulu DX a o měřeniacute napětiacute pomociacute modulu VI

231 Nastaveniacute komunikace

Při použitiacute rozšiřovaciacutech modulů je nejprve nutno pomociacute UMC100-PAN nastavit jejich

připojeniacute Nastaveniacute a uvedeniacute do chodu je provedeno naacutesledujiacuteciacutem způsobem

V hlavniacutem menu (ovlaacutedaacuteniacute pomociacute LCD) vybereme položku IO modules a volbu potvrdiacuteme

přiacuteslušnyacutem tlačiacutetkem Tlačiacutetky Nahoru nebo Dolů vybereme požadovanyacute modul kteryacute chceme

propojit s kontroleacuterem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on [1]

Nastaveniacutem na bdquoonldquo uvedeme moduly do provozu Funkce napěťoveacuteho modulu (VI15x) je

ověřitelnaacute jednoduchyacutem způsobem Pokud nejsou připojeny napaacutejeciacute faacuteze na svorky L1L2 a L3

modulu zařiacutezeniacute hlaacutesiacute chybu z důvodu ochrany při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze [4] [5]

232 VI15x- FBP

VI15x je přiacutedavnyacute napěťovyacute modul sloužiacuteciacute pro měřeniacute sdruženeacuteho popř faacutezoveacuteho napětiacute

motoru Z hodnot proudu měřenyacutech UMC a napětiacute pomociacute VI15x je možno vyhodnotit faacutezovyacute

posuv mezi napětiacutem a proudem Naměřeneacute hodnoty putujiacute skrze komunikačniacute kanaacutel směrem k

UMC100 K propojeniacute s UMC100 sloužiacute piny s označeniacutem Ca a Cb Daacutele modul obsahuje svorky

pro připojeniacute jednotlivyacutech faacutezovyacutech vodičů L1L2 a L3 Pro spraacutevnyacute sled faacuteziacute a jeho detekci musiacute

byacutet dodrženo spraacutevneacute zapojeniacute vzhledem k proudům měřenyacutem v UMC VI150 sloužiacute pro

připojeniacute pouze do uzemněneacute soustavy ( TN-C nebo TN-S) Modul VI155 lze naopak použiacutet jak

pro uzemněneacute soustavy (TN) tak i pro neuzemněneacute (IT) Oba typy sloužiacute k upevněniacute na DIN

lištu [1] [3]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 21

2321 Vnitřniacute struktura VI150-FBP

Obraacutezek přibližuje vnitřniacute strukturu použiteacuteho napěťoveacuteho modulu VI150

Obr 24 Struktura napěťoveacuteho modulu VI150 [3]

Obr 25 Vnějšiacute popis modulu VI150 pro UMC100-FBP

1 konektory pro komunikaci s UMC100 a pro komunikaci s rozšiřovaciacutemi moduly DX111-

FBP a DX122-FBP

2 napěťoveacute vstupy

3 releacuteovyacute vyacutestup

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 22

4 svorky pro připojeniacute napaacutejeciacuteho napětiacute 24VDC

5 3 stavoveacute LED

zelenaacute - zařiacutezeniacute připraveno

žlutaacute - varovaacuteniacute

červenaacute - porucha zařiacutezeniacute

6 popisovyacute štiacutetek

233 DX111-FBP

Modulaacuterniacute zařiacutezeniacute umožňujiacuteciacute rozšiacuteřeniacute UMC100 o dalšiacute pomocneacute vstupy a vyacutestupy

použitelneacute pro různaacute hlaacutešeniacute a vyacutestrahy Digitaacutelniacute vstupy jsou potenciaacuteloveacute s napětiacutem 24V DC

Proto je nutneacute pro ovlaacutedaciacute obvody dodržet napětiacute 24V DC nebo bezpotenciaacuteloveacute kontakty (tj

releacute) připojeneacute ze svorky +24V

Rozšiřovaciacute modul DX111-FBP nabiacuteziacute množstviacute vstupů a vyacutestupů uvedenyacutech v (Tab 21)

Vstupy 8 digitaacutelniacutech vstupů 24V DC

Vyacutestupy 4 releacuteoveacute vyacutestupy

1 analogovyacute vyacutestup

Vstupniacute napětiacute 24V DC

Vstupniacute proud 60 mA

Logickaacute 0 -312hellip+5V DC

helliphelliphelliphellipcv1 +15hellip+312V DC

Tab 21 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX111-FBP [1]

234 DX122-FBP

Multifunkčniacute modul DX122-FBP maacute srovnatelneacute vlastnosti jako předešlaacute DX111 ovšem

rozdiacutel je v tom že DX122 nabiacuteziacute osm digitaacutelniacutech vstupů pro napětiacute 110V až 230V AC

Vstupy 8 digitaacutelniacutech vstupů 110-230V AC

Vyacutestupy 4 releacuteoveacute vyacutestupy

1 analogovyacute vyacutestup

Vstupniacute napětiacute 110V AChellip 240V AC

Vstupniacute proud 60 mA

Logickaacute 0 0hellip 40V AC

helliphelliphelliphelliphellip 1 74hellip 265V AC

Tab 22 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX122-FBP [1]

Pomocnyacute rozšiřovaciacute modul se k UMC100 připojiacute na svorky Ca a Cb patrneacute na (Obr 21)

Připojeniacute lze proveacutest prostou kroucenou dvoulinkou Vzhledem k omezenyacutem prostoraacutem

rozvaacuteděčů kam je UMC100 instalovaacuteno je možneacute připojit rozšiřovaciacute modul odděleně od

kontroleacuteru a to až do vzdaacutelenosti maximaacutelniacute deacutelky 3m [1] [5]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 23

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezek (Obr 26) opět popisuje svorky a monitorovaciacute prvky DX122

Obr 26 Vnějšiacute popis IO modulu DX122-FBP pro UMC100-FBP

1 releacuteoveacute vyacutestupy (čaacutest 1)

2 releacuteoveacute vyacutestupy (čaacutest 2)

3 analogovyacute vyacutestup

4 komunikačniacute port s UMC

5 popisovyacute štiacutetek

6 digitaacutelniacute vstupy (110V AC- 230V AC)

7 3 stavoveacute LED

zelenaacute ndash zařiacutezeniacute v provozu

žlutaacute ndash vyacutestraha

červenaacute ndash porucha modulu

8 svorky pro napaacutejeniacute 24 V DC

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 24

24 Proudovyacute měřiacuteciacute transformaacutetor

Proudoveacute měřiacuteciacute transformaacutetory sloužiacute pro měřeniacute většiacutech hodnot střiacutedavyacutech proudů než je

dovoleno měřiacuteciacutem přiacutestrojem a takeacute ke galvanickeacutemu odděleniacute vedeniacute od měřiacuteciacuteho přiacutestroje

Funkce je založena na principu elektromagnetickeacute indukce Primaacuterniacute vinutiacute je tvořeno silovyacutem

vodičem měřeneacuteho vedeniacute Průchodem proudu primaacuterniacutem vedeniacutem se v magnetickeacutem obvodu

(jaacutedru) vytvaacuteřiacute magnetickyacute tok Φ a na zaacutekladě Faradayova zaacutekona elektromagnetickeacute indukce se

v sekundaacuterniacutem vinutiacute indukuje napětiacute Na sekundaacuterniacute vinutiacute je připojena měřiacuteciacute soustava

Obr 27 Magnetizačniacute charakteristika feromagnetickeacuteho materiaacutelu

Z průběhu magnetizačniacute charakteristiky feromagnetickeacuteho materiaacutelu (zaacutevislosti magnetickeacute

indukce na intenzitě magnetickeacuteho pole ) je patrnyacute stav kdy dojde k nasyceniacute magnetickeacuteho

obvodu transformaacutetoru Při nasyceniacute dochaacuteziacute ke změně vlastnostiacute feromagnetickeacuteho materiaacutelu

a křivka se od lineaacuterniacuteho průběhu odklaacuteniacute (tzv koleno magnetizačniacute křivky)

Obr 28 Měřiacuteciacute transformaacutetor proudu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 25

241 Externiacute proudovyacute transformaacutetor CTs

Externiacute přiacutestrojovyacute transformaacutetor proudu (daacutele jen PTP) se použiacutevaacute v přiacutepadě je-li jmenovityacute

proud motoru vyššiacute než 63A tzn sloužiacute k přizpůsobeniacute proudoveacuteho rozsahu na hodnotu kterou

je schopno UMC změřit UMC100 je schopneacute pracovat pomociacute sveacuteho vnitřniacuteho transformaacutetoru

proudu s proudem 024A až 63A Použitiacutem externiacuteho proudoveacuteho transformaacutetoru je možneacute měřit

až do hodnoty 850A PTP k UMC100 majiacute převod 1854 3104 5004 a 8504 Sekundaacuterniacutemu

vinutiacute odpoviacutedajiacute 4A což uvaacutediacute popis jednotlivyacutech typů proudovyacutech transformaacutetorů uvedenyacutech v

Tab 23 (čiacuteslo uvedeneacute za lomiacutetkem) např CTxLxxxR4 PTP maacute definovanou třiacutedu přesnosti

3 v celeacutem rozsahu měřeneacuteho proudu K nasyceniacute magnetickeacuteho obvodu transformaacutetoru dochaacuteziacute

přibližně při osminaacutesobku jmenoviteacuteho proudu In Transformaacutetor je navržen s třiacutedou přesnosti

5P10 to znamenaacute že je deklarovaacutena průměrnaacute chyba menšiacute než 5 při 10 naacutesobku jmenoviteacute

hodnoty proudu

Typ Rozsah měřeneacuteho proudu

[A] Max proud CT

[A]

CT4L185R4 60 až 185 1480

CT4L310R4 180 až 310 2480

CT5L500R4 300 až 500 4000

CT5L850R4 500 až 850 6800

Tab 23 Typy externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů s měřenyacutem rozsahem proudu [1]

Přiacuteklad zvoleniacute přiacuteslušneacuteho proudoveacuteho transformaacutetoru

Maacuteme-li asynchronniacute motor se jmenovityacutem proudem napřiacuteklad In =190 A a rozběhovyacutem proudem

pak

(241)

Podle jmenoviteacuteho proudu motoru In ležiacuteciacuteho v rozsahu měřeneacuteho proudu přiacuteslušneacuteho CT

určiacuteme typ CT Nachaacuteziacute-li se jmenovityacute proud na mezi některeacuteho z měřenyacutech rozsahů CT voliacute se

takovyacute transformaacutetor kteryacute maacute většiacute hodnotu maximaacutelniacuteho proudu než vyacuteslednyacute proud

vypočtenyacute Pro přiacutepad kdy In = 190 A je zvolenyacute typ CT4L310R4 Maximaacutelniacute proud Imax splňuje

požadavek kdy Imax lt max proud CT [1]

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezky představujiacute konstrukce externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 26

Obr 29 Konstrukce CT4L185R4 a CT4L310R4 [3]

Obr 210 Konstrukce CT5L500R4 a CT5L850R4 [3]

Zapojeniacute svorkovnice proudoveacuteho transformaacutetoru CTxLxxxR4 a propojeniacute s integrovanyacutem

proudovyacutem transformaacutetorem UMC100 Na Obr 211 je takeacute ukaacutezka zapojeniacute měřiacuteciacuteho modulu

VI150 na přiacutevodniacutech faacuteziacutech motoru a dodrženyacutem spraacutevnyacutem sledem faacutezovyacutech vodičů

Obr 211 UMC100-FBP s CT a VI150 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 27

Obecně platiacute že vyacutevody sekundaacuterniacuteho vinutiacute měřiacuteciacuteho transformaacutetoru proudu jsou buď

zapojeny na zaacutetěž nebo jsou propojeny do zkratu a jeden z vyacutevodů je uzemněn Princip je patrnyacute

z Obr 212 V praxi dochaacuteziacute k několika chybaacutem způsobenyacutech neznalostiacute problematiky Jednou

může byacutet neuzemněniacute jedneacute ze svorek sekundaacuterniacuteho vinutiacute Pak vznikaacute kapacitniacute vazba a

sekundaacuterniacute vinutiacute v nepřiacutezniveacutem přiacutepadě může vysokyacutem napětiacutem termionicky působit - jiskřit na

kostru Při delšiacutem trvaacuteniacute jiskřiveacuteho vyacuteboje v jednom miacutestě se mohou vytvořit vodiveacute cesty a dojiacutet

k průrazu izolace vodiče k nežaacutedouciacutemu potenciaacutelu [8]

Obr 212 Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů proudu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 28

25 Monitorovaciacute zařiacutezeniacute zemniacuteho spojeniacute CEM11-FBP

Monitorovaciacute zařiacutezeniacute CEM11 sloužiacute pro sledovaacuteniacute svodovyacutech proudů respektive zemniacutech

poruch způsobenyacutech nejčastěji poškozenou izolaciacute Detekovaacuteniacute takoveacuteto zemniacute poruchy vede

k odpojeniacute motoru aby nedošlo k jeho většiacutemu poškozeniacute nebo vede k upozorněniacute obsluhy

Možneacute použitiacute je jak v siacutetiacutech uzemněnyacutech tak i neuzemněnyacutech

Průvlečneacute oko je tvořeno toroidniacutem transformaacutetorem kteryacutem jsou vedeny všechny 3 faacutezoveacute

vodiče motoru Zařiacutezeniacute hliacutedaacute to aby součet faacutezorů proudů byl nulovyacute Jakmile dojde k zemniacutemu

spojeniacute tzn součet faacutezorů proudů je nenulovyacute integrovanaacute elektronika CEM11 sepne nebo

rozepne vyacutestup Vyacutestup z CEM11 pracuje jako kontakt kteryacute detekovanou hodnotou proudu

sepne nebo rozepne 24V DC jenž poteacute může byacutet připojeno jako např digitaacutelniacute vstup do UMC

Nastaveniacute zpožděniacute sepnutiacute varovaacuteniacute nebo odpojeniacute lze zvolit v UMC a to v rozsahu od 01s ndash

255s Nastaveniacute citlivosti spiacutenaacuteniacute je možneacute v několika krociacutech Poloha přepiacutenače (0-7) s toleranciacute

na pozici 0 cca plusmn30 a daacutele vždy s toleranciacute cca plusmn10

CEM11 je možneacute uložit spolu s ostatniacutemi komponenty na DIN lištu normovaneacuteho rozměru

35mm nebo pomociacute přiacutedavneacuteho klipu pro nejmenšiacute rozměr CEM11-FBP20 [1]

Průměr průvlečneacuteho

oka [mm]

Proudovyacute rozsah

[mA]

20 80 - 1700

35 100 - 3400

60 120 - 6800

120 240 - 13600

Tab 24 Rozměry vyraacuteběnyacutech CEM11-FBPs udaacutevanyacutemi hodnotami svodovyacutech proudů

Obr 213 Zapojeniacute CEM11-FBP do obvodu [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 29

26 Napaacutejeciacute zdroj

Pro napaacutejeniacute modulů UMC100 DX122 a VI150 sloužiacute zdroj typu CP-D 2413 Jednaacute se o

napaacutejeciacute zdroj kteryacute na sveacutem vyacutestupu dovoluje regulaci napětiacute 24-28V DC s toleranciacute plusmn 1

Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute je umožněna z důvodu připojeniacute modulů na dlouheacute vedeniacute kde

vznikajiacute uacutebytky napětiacute praacutevě vlivem deacutelky vedeniacute Zpravidla klesne-li na vedeniacute napětiacute od

jednoho zdroje na ktereacutem je nastaveno maximaacutelniacute vyacutestupniacute napětiacute pod minimaacutelniacute hodnotu

potřebnou pro napaacutejeniacute modulu je nutneacute použiacutet dalšiacute napaacutejeciacute zdroj Maximaacutelniacute proud zdroje je

Imax = 13A a jmenovityacute vyacutestupniacute vyacutekon 30W Tento typ zdroje je diacuteky svyacutem modulaacuterniacutem

rozměrům možneacute umiacutestit na DIN lištu (EN50022-35) [6]

Naacutesledujiacuteciacute zatěžovaciacute charakteristika znaacutezorňuje zaacutevislost svorkoveacuteho napětiacute zdroje na

odebiacuteraneacutem proudu pro teplotu T=25degC

Obr 214 Zatěžovaciacute charakteristika zdroje CP-D 2413[6]

Obr 215 Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 30

27 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

Tento modul poskytuje komunikaci pro FieldBusPlug zařiacutezeniacute jako je např UMC100

s počiacutetačem prostřednictviacutem siacutetě Ethernet K MTQ22 lze připojit až 4 zařiacutezeniacute pro uacutesporu

naacutekladů Naacutesledujiacuteciacute popis je vztažen k Obr 216 kde jsou znaacutezorněny jednotliveacute čaacutesti modulu

1 konektory s označeniacutem X1 až X4 sloužiacute pro připojeniacute až 4 zařiacutezeniacute FBP

2 LED diody pro signalizaci aktuaacutelniacuteho stavu komunikace

3 micro USB konektor s označeniacutem X5 pro připojeniacute a konfiguraci pomociacute PC

4 dvě RJ45 zaacutesuvky s označeniacutem E1 a E2 pro připojeniacute pomociacute Ethernetoveacuteho kabelu

5 konektor pro připojeniacute 24V DC napaacutejeciacuteho napětiacute nese označeniacute X6

Obr 216 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 31

OCHRANNEacute FUNKCE 3Kontroleacuter nabiacuteziacute velkeacute množstviacute ochrannyacutech funkciacute potřebnyacutech pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacuteho chodu

motoru Některeacute funkce jsou aktivniacute pouze po čaacutest běhu motoru typicky při startu motoru jineacute

po jeho rozběhu Naacutesledujiacuteciacute tabulka (Tab 31) nastiacuteniacute přehled nejdůležitějšiacutech ochran motoru a

čas kdy jsou aktivovaacuteny

Ochrannaacute funkce Aktivniacute

Při tepelneacutem přetiacuteženiacute Vždy

Při zablokovaneacutem rotoru Při startu motoru

Při proudoveacutem přetiacuteženiacute Po startu

Při proudoveacutem podtiacuteženiacute Po startu

Sled faacuteziacute Vždy

Při faacutezoveacute nesymetrii Vždy

Při ztraacutetě faacuteze Vždy

PTC ochrana Vždy

Při zemniacutem spojeniacute Vždy po spuštěniacute

Při napěťovyacutech špičkaacutech Vždy

Při harmonickeacutem zkresleniacute Vždy

Tab 31 Ochranneacute funkce [1]

Nastaveniacute parametrů jednotlivyacutech ochran probiacutehaacute pomociacute UMC100-PAN

31 Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute

UMC100 disponuje nastavitelnyacutem vypiacutenaacuteniacutem při tepelneacutem přetiacuteženiacute podle třiacuted 5E 10E 20E

30E a 40E viz Obr 31 Tyto třiacutedy uvaacutedějiacute poměr mezi aktuaacutelniacutem prochaacutezejiacuteciacutem proudem

motorem I a jmenovityacutem proudem motoru In uvedenyacutem na štiacutetku v zaacutevislosti na maximaacutelniacute době

rozběhu t

Třiacuteda 5E 10E 20E 30E 40E

t [s] 15 3 6 3 12

Tab 32 Třiacutedy přetiacuteženiacute a čas odpojeniacute

Lze hovořit o dvou typech rozběhu motoru

1 normaacutelniacute rozběh - do 10s

2 těžkyacute rozběh - viacutece jak 10s

Při rozběhu zatiacuteženeacuteho motoru se otaacutečky zvyšujiacute z nuloveacute hodnoty na jmenovitou přičemž

dochaacuteziacute k naacuterůstu proudu až na několikanaacutesobek jeho jmenoviteacute hodnoty Zpravidla u většiacutech

motorů byacutevaacute naacuterůst až 10In tudiacutež v tento bdquokritickyacuteldquo okamžik nesmiacute vybavit ochrana na tepelneacute

přetiacuteženiacute Rozběh motoru pro UMC končiacute při poklesu proudu I na hodnotu 135 proudu

jmenoviteacuteho In nebo při dosaženiacute jmenovityacutech otaacuteček nn Udaacutevaneacute časy představuje Tab 32

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 32

311 Určeniacute teploty vinutiacute a vypiacutenaciacute třiacutedy

Podle způsobu určeniacute teploty vinutiacute motoru se ochrany rozlišujiacute na proudově nezaacutevisleacute a

proudově zaacutevisleacute

Proudově nezaacutevisleacute ochrany měřiacute přiacutemo teplotu ve vinutiacute motoru pomociacute vhodneacuteho čidla

teploty zpravidla termistoru Tiacutemto způsobem lze zjistit nedovoleneacute otepleniacute způsobeneacute např

poruchou cirkulace vzduchu kterou proudově zaacutevislaacute ochrana neniacute schopna vyhodnotit

Proudově zaacutevisleacute ochrany vyhodnocujiacute teplotu vinutiacute motoru nepřiacutemo a to prostřednictviacutem

vyacutepočtoveacuteho modelu z provozniacuteho proudu motoru Zvyacutešeniacute provozniacuteho proudu motoru maacute za

naacutesledek otepleniacute ktereacute vede trvaacute-li delšiacute dobu k poškozeniacute nebo zničeniacute motoru Ochrana při

tepelneacutem přetiacuteženiacute ndash TOL chraacuteniacute motor před přehřaacutetiacutem Tepelnyacute model je vypočiacutetaacutevaacuten za chodu i

v klidu motoru a z těchto stavů se pak zjistiacute tepelnaacute kapacita Znalost teacuteto hodnoty vede

k maximalizaci produktivity Funkčnost tepleneacuteho modelu je v souladu s normou

Při použitiacute motoru pro cyklickeacute operace dochaacuteziacute ke schodoviteacutemu zvyšovaacuteniacute teploty motoru Je

zapotřebiacute volit spraacutevnyacute čas intervalu mezi cykly aby nedochaacutezelo k přehřaacutetiacute a zbytečneacutemu

poškozeniacute izolace vinutiacute motoru

Funkce Thermal load (tzv tepelnaacute zaacutetěž) hliacutedaacute poměr aktuaacutelniacuteho prochaacutezejiacuteciacuteho proudu I a

jmenoviteacuteho proudu In motoru Jakmile poměr IIn přesaacutehne 100 začiacutenaacute odpočet TTT a motor

bude odpojen po uplynutiacute nastaveneacute periody Možnost opětovneacuteho spuštěniacute přetiacuteženeacuteho motoru

proběhne po jeho vychladnutiacute To je možneacute nastavit dvěma způsoby [1]

1 Ručně nastavenou periodou během ktereacute je motor blokovaacuten proti spuštěniacute

(ovlivňovaacuteno velikostiacute motoru teplotou prostřediacute kde je motor použit zda je vybaven

ventilaacutetorem či neniacute apod)

2 Nastaveniacutem procentuaacutelniacute hodnoty tepelneacute kapacity do ktereacute nebude moci obsluha

motor spustit (při nastaveniacute 50 nedojde k odblokovaacuteniacute ochrany pokud neklesne

tepelnaacute kapacita pod zadanou hodnotu)

Určeniacute vypiacutenaciacute třiacutedy je představeno na naacutesledujiacuteciacutem přiacutekladu

Maacuteme-li trojfaacutezovyacute asynchronniacute motor o vyacutekonu 22kW poměr IIn = 5 a maximaacutelniacute dobu

rozběhu to = 10s Z přiloženeacuteho grafu vypiacutenaciacutech třiacuted pro studenyacute motor určiacuteme požadovanou

třiacutedu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 33

Obr 31 Vypiacutenaciacute třiacutedy pro UMC100-FBP[1]

Z vyacutesledku je patrneacute že motor budeme vypiacutenat proti přetiacuteženiacute podle třiacutedy 5E jelikož křivka

pro 5E je pod maximaacutelniacute dobou rozběhu to = 10s Pokud by došlo ke zvoleniacute např třiacutedy 10E

hrozilo by poškozeniacute motoru jelikož by na motor působilo přetiacuteženiacute delšiacute dobu než je tomu

dovoleno [10]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 34

32 Ochrana při zablokovaneacutem rotoru

V okamžiku připojeniacute motoru na napaacutejeciacute siacuteť se rotor neotaacutečiacute (n = 0 s = 1) Motor je ve

stavu nakraacutetko a jeho proud je omezen pouze ohmickyacutemi odpory a rozptylovyacutemi reaktancemi

vinutiacute Zaacuteběrnyacute proud I1z dosahuje většinou 4 až 10 x většiacutech hodnot než proud jmenovityacute In

Určit velikost tohoto proudu je možneacute ze vztahu 321

radic

kde

U1 - Vstupniacute napětiacute

R1 - Odpor primaacuterniacuteho vinutiacute

Xr1 - Reaktance statoroveacuteho vinutiacute

Xrsquor20 - Reaktance zabrzděneacuteho rotoru

Rlsquo2s - Celkovyacute činnyacute odpor rotoru

RFe - Činnyacute odpor magnetickeacuteho obvodu

Xm - Reaktance magnetickeacuteho obvodu

I1z - Zaacuteběrnyacute proud

Obr 32 Obvodovyacute model asynchronniacuteho motoru pro jednu faacutezi statoroveacuteho vinutiacute ndash nakraacutetko

Velkyacute zatěžovaciacute moment Mz nebo mechanickaacute porucha může zapřiacutečinit zablokovaacuteniacute rotoru

Ochrannaacute funkce detekuje dlouhou počaacutetečniacute situaci kteraacute je praacutevě důsledkem zmiacuteněnyacutech přiacutečin

UMC100 tiacutemto odpojiacute motor od napaacutejeniacute čiacutemž ho ochraacuteniacute od nadměrneacuteho tepelneacuteho namaacutehaacuteniacute

V uživatelskeacutem prostřediacute je možneacute individuaacutelně nastavit jak maximaacutelniacute proud tak i čas po

ktereacutem dojde k odpojeniacute zablokovaneacuteho motoru Pro experimentaacutelniacute použitiacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy je nastavena hodnota poměru pro odpočet a naacutesledneacute odpojeniacute IIn na 300 [1] [9]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 35

33 Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute zabezpečiacute odpojeniacute motoru vyskytne-li se v obvodu většiacute

hodnota proudu než nastavenaacute jmenovitaacute In Bliacuteže tuto funkci představiacute přiloženyacute průběh Funkce

je aktivniacute až po roztočeniacute motoru v okamžiku rozběhu je neaktivniacute

Princip ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Do okamžiku T1 od zapnutiacute klesne zaacuteběrnyacute proud na hodnotu cca Ix = 135 In V časoveacutem

uacuteseku T1 až T2 dochaacuteziacute k naacuterůstu prochaacutezejiacuteciacuteho proudu motorem V okamžiku T2 překročiacute

proud hodnotu Ivar Tiacutemto okamžikem začne odpočet nastaveneacute doby zpožděniacute tvar kteraacute po

uplynutiacute sepne signalizaci varovaacuteniacute nadproudoveacuteho přetiacuteženiacute Odpočet doby tvar narůstaacute je-li

proud motorem I gt Ivar Jakmile proud I ge Iodp dochaacuteziacute k sepnutiacute čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute todp

Platiacute-li podmiacutenka I ge Iodp a dojde k načteniacute hodnoty todp UMC100 odpojiacute motor od napaacutejeniacute a tiacutem

zabraacuteniacute jeho poškozeniacute

Obr 33 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu přetiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash dosaženiacute vysokeacute proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash dosaženiacute hodnoty proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

34 Ochrana při proudoveacutem podtiacuteženiacute

Jakmile hodnota (činneacuteho) proudu klesne pod nastavenou uacuteroveň kteraacute je pro danyacute proces

typickaacute dojde v UMC100 k vybaveniacute ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a motor odpojiacute od

napaacutejeniacute Tato ochrana se předevšiacutem využiacutevaacute pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacute funkce čerpadla když detekuje

ztraacutetu jeho saacuteniacute či pro paacutesoveacute dopravniacuteky ve vyacuterobniacutech provozech Včasneacute varovaacuteniacute a odpojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 36

motoru snižuje zejmeacutena prostoje vyacuteroby Princip varovaacuteniacute a odpojeniacute je představen na

naacutesledujiacuteciacutem průběhu jak tomu bylo u ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Princip ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute zobrazeneacuteho průběhu

Po poklesu aktuaacutelniacuteho proudu v okamžiku T1 motor normaacutelně běžiacute V časoveacutem uacuteseku T1 až

T2 dochaacuteziacute k poklesu proudu pod jmenovitou hodnotu In až na nastavenou hodnotu Ivar Při

dosaženiacute teacuteto hodnoty začne odpočet varovaacuteniacute proudoveacuteho podtiacuteženiacute Nepřesaacutehne-li proud za

dobu kratšiacute než tvar mez Ivar (tzn nevzroste-li se zpět k In) dojde ke spuštěniacute signalizace

proudoveacuteho podtiacuteženiacute Při pokračujiacuteciacutem poklesu proudu jak je patrneacute v časoveacutem intervalu T2-T3

až na mez Iodp dojde k čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute Při překročeniacute nastaveneacute doby todp a za

podmiacutenky že proud I le Iodp UMC100 motor odpojiacute od napaacutejeciacute siacutetě

Obr 34 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash niacutezkaacute proudovaacute uacuteroveň kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash hodnota proudu kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

Popis funkce ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute blokoveacuteho scheacutematu

Signaacutel Istart představuje hodnotu proudu po startu motoru- log 1(tzn Signalizace motoru v

chodu) Tento signaacutel tvořiacute vstup logickeacuteho hradla AND (1) Funkci tohoto hradla znaacutezorňuje

přiloženaacute tabulka Tab 33 Druhyacute vstup signalizuje aktuaacutelniacute hodnotu proudu kteraacute motorem

proteacutekaacute Je-li proud IltIvar detekuje hradlo AND druhou logickou jedničku a hradlo vybaviacute podle

přiloženeacute tabulky Tento signaacutel z hradla aktivuje časovač zpožděniacute varovaacuteniacute Po uplynutiacute

nastaveneacuteho časoveacuteho uacuteseku signalizuje podtiacuteženiacute Dochaacuteziacute-li staacutele k poklesu proudu až do

uacuterovně kdy IltIodp pak na druheacutem logickeacutem hradle AND (2) budou na vstupu log 1 Sepne

čiacutetaacuteniacute zpožděniacute vypnutiacute a po uplynutiacute doby UMC motor vypne

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 37

Obr 35 Blokoveacute scheacutema ochrany proti proudoveacutemu podtiacuteženiacute [1]

Vstup Vyacutestup

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

Tab 33 Princip funkce logickeacuteho hradla AND

341 Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek

Při chodu asynchronniacuteho motoru odebiacuteraacute stroj ze siacutetě jalovyacute proud kteryacute je potřebnyacute pro

vytvořeniacute magnetizace hlavniacuteho magnetickeacuteho obvodu Tento tzv magnetizačniacute proud je

nezaacutevislyacute na zatiacuteženiacute stroje Uplatněniacute nalezne zejmeacutena při chodu napraacutezdno a maleacutem zatiacuteženiacute

kdy je uacutečiniacutek motoru niacutezkyacute Motor maacute tedy nejleacutepe pracovat při plneacutem zatiacuteženiacute[11]

Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek jsou důležiteacute parametry pro detekovaacuteniacute niacutezkeacute zaacutetěže nebo situace bez

zaacutetěže např uzavřenyacute ventil Pomociacute napěťoveacuteho modulu VI15x a UMC je měřeno sdruženeacute

(faacutezoveacute) napětiacute faacutezovyacute proud čili i faacutezovyacute posuv mezi proudem a napětiacutem - cos φ Pomociacute těchto

parametrů je UMC schopneacute analogicky spočiacutetat hodnotu činneacuteho přiacutekonu

radic

Poklesne-li poteacute činnyacute přiacutekon pod nastavenou procentuaacutelniacute hodnotu P (př 85 Pn) motor vypne

tj bude-li PPn le 085

Experimentaacutelniacutem měřeniacutem v raacutemci laboratorniacute uacutelohy byla pomociacute přiacutestroje Yokogawa WT1800

změřena zaacutevislost uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute motoru Z vyacutesledneacuteho grafu (Obr 37) je

patrneacute že se snižovaacuteniacutem zatiacuteženiacute rotoru klesaacute velikost uacutečiniacuteku Naměřeneacute hodnoty pro konstrukci

grafu jsou uvedeny v přiacuteloze

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 38

Obr 36 Charakteristiky asynchronniacuteho motoru při zatiacuteženiacute [11]

Obr 37 Graf zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti P2

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

01

02

03

04

05

06

07

08

09

0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000

P1 [

W]

cos

ϕ [

-]

P2 [W]

P2 P1 Q1

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 39

35 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

Princip ochrany

Je-li poměr nejnižšiacuteho proudu (Imin) a nejvyššiacuteho proudu (Imax) ve faacuteziacutech nad nastavenou

uacuterovniacute pro varovaacuteniacute sepne signalizace ztraacutety faacuteze Jakmile ovšem tento poměr překročiacute

nastavenou hodnotu pro odpojeniacute motoru sepne zpožděniacute vypnutiacute a podle nastaveneacute třiacutedy

přetiacuteženiacute motor po uplynutiacute časoveacuteho intervalu odpojiacute

Funkce faacutezoveacute nesymetrie je aktivniacute pouze tehdy je-li proud ve všech třech faacuteziacutech gt 25 In

(jmenoviteacuteho proudu) [1]

Naacutesledujiacuteciacute rovnice představuje vyacutepočet procentuaacutelniacuteho poměru proudu pro vypnutiacute motoru při

uacuteplneacute ztraacutetě faacuteze

(

)

36 Ochrana sledu faacuteziacute

Ochrana sledu faacuteziacute hliacutedaacute zejmeacutena spraacutevnyacute směr otaacutečeniacute motoru Důležiteacute pro použitiacute teacuteto

ochrany je miacutesto zapojeniacute napěťoveacuteho modulu VI15x Pokud by byl modul zapojen za stykači

nastala by chyba při reverzniacutem zapojeniacute Na stykačiacutech dochaacuteziacute zapojeniacutem k zaacuteměně dvou

faacutezovyacutech vodičů a tiacutem i změně směru otaacutečeniacute motoru UMC s pomociacute VI150 vyhodnotiacute situaci

jako chybovou a vypne motor Napěťovyacute modul se tedy zpravidla umiacutesťuje hned za hlavniacute jistiacuteciacute

prvek viz Obr 44

37 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Jedno z největšiacutech nebezpečiacute pro motor představuje ztraacuteta jedneacute napaacutejeciacute faacuteze Chod na 2

napaacutejeciacute faacuteze zatěžuje motor na tepelneacute uacutečinky proudu vlivem zvyacutešeniacute proudu ve zbylyacutech 2

faacuteziacutech UMC100 v tomto přiacutepadě vypiacutenaacute motor podle předem stanovenyacutech časovyacutech intervalů

Intervaly vypnutiacute jsou stejneacute jako pro ochranu proti proudoveacutemu přetiacuteženiacute (Tab 32) a

odpoviacutedajiacute nastaveneacute třiacutedě přetiacuteženiacute Tuto ochranu dřiacuteve zajišťovalo tepelneacute releacute ktereacute v tomto

přiacutepadě nemusiacute byacutet použito

38 PTC ochrana

381 Termistor

Termistor je polovodičovyacute nelineaacuterniacute dvojpoacutel jehož odpor se měniacute v zaacutevislosti na teplotě

prostřediacute ve ktereacutem pracuje Jeho vyacutehodou je že velmi rychle a citlivě reaguje na změnu teploty

Rozlišujeme zpravidla 2 druhy termistorů

1 NTC (Negative Temperature Coefficient) - termistor se zaacutepornyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou klesaacute jeho odpor (roste elektrickaacute vodivost a proud)

2 PTC (Positive Temperature Coefficient) ndash termistor s kladnyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou jeho odpor roste

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 40

Obr 38 Zaacutevislost odporu termistoru na teplotě

Použitiacute termistorů

NTC termistory se použiacutevajiacute zpravidla k měřeniacute teploty PTC se nejčastěji využiacutevaacute

v kuchyňskyacutech spotřebičiacutech kde je požadovaacutena konstantniacute teplota v termostatech a pro hliacutedaacuteniacute

teploty vinutiacute motorů

382 Princip PTC ochrany v UMC

Ochrana obecně spadaacute do skupiny proudově nezaacutevislyacutech ochran Pro připojeniacute PTC

termistoru sloužiacute na UMC100 svorky s označeniacutem T1 a T2 PTC zvyšuje svůj odpor s rostouciacute

teplotou proto je možneacute ho použiacutet pro hliacutedaacuteniacute teploty např vinutiacute statoru UMC je schopneacute

vyhodnotit tuto změnu odporu a vydaacute signaacutel k odpojeniacute motoru od siacutetě [7]

39 Ochrana při zemniacutem spojeniacute

Ochrana při zemniacutem spojeniacute spočiacutevaacute v ochraně motoru siacutetě a technologie při nežaacutedouciacutech

vlivech způsobenyacutech zejmeacutena staacuternutiacutem izolace a jejiacutem zhoršenyacutem izolačniacutem uacutečinkem

Naacutesledkem přetěžovaacuteniacute vedeniacute vlhkostiacute kondenzaciacute vody v elektrickeacutem zařiacutezeniacute nebo vrstvou

vodiveacuteho prachu jsou praacutevě zhoršeneacute vlastnosti izolačniacuteho materiaacutelu To vede k nechtěneacutemu

zemniacutemu spojeniacute Zemniacute spojeniacute je monitorovaacuteno pomociacute UMC spolu se zařiacutezeniacutem CEM11 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 41

DEMONSTRAČNIacute PŘIacutePRAVEK 4

41 Naacutevrh přiacutepravku

Pro demonstraci UMC100 a dalšiacutech prvků řady produktů od společnosti ABB sro byl

navržen přiacutepravek pomociacute software AutoCAD a Inventor Professional kteryacute byl poteacute zrealizovaacuten

a oživen Nosnaacute konstrukce (Obr 41) je vyrobena z jӓckelu o rozměru 25x25mm

Obr 41 Nosnaacute konstrukce

Čelniacute panel tvořiacute plech s rozměry 500x400mm a tloušťky 2mm Plech je osazen

rozvaděčovyacutemi kanaacutely 25x60mm a všemi potřebnyacutemi komponentami pro realizaci zapojeniacute

Vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho panelu s otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky a ovlaacutedaciacute tlačiacutetka motoru je na

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

Seznam použityacutech komponent Vyacuterobce

3-poacutelovyacute jistič C16 OEZ

Pojistkoveacute pouzdro RSP 4 Elektro Bečov

Komunikačniacute modul MTQ22-FBP ABB

Motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP ABB

Napěťovyacute modul VI150-FBP ABB

Rozšiřovaciacute modul DX122-FBP ABB

Ministykač LC1K09(LC1K12) Schneider Electric

Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A ABB

Rozvaděčovyacute kanaacutel 25x60mm KOPOS

Přiacutestrojoveacute zdiacuteřky 4mm do panelu AMASS

Tlačiacutetka do panelu 250V1A JIETONG

Tab 41 Seznam použityacutech komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 42

Pro konstrukci je důležiteacute aby navrženyacute panel rozměrově odpoviacutedal všem potřebnyacutem přiacutestrojům

a modulům Pro tuto přiacuteležitost je pomociacute software AutoCAD vytvořen vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho

panelu Obr 43 kteryacute je konstruovaacuten

Navrženyacute nosnyacute plech tloušťky 2mm na ktereacutem jsou umiacutestěny veškereacute komponenty Obr 42

Ve vrchniacute polovině plechu jsou vyvrtaacuteny otvory o průměru 4mm sloužiacuteciacute pro uchyceniacute

rozvaděčoveacuteho kanaacutelu a DIN lišty Ve středniacute čaacutesti plechu jsou 4 průvlečneacute otvory určeneacute k

průchodu vodičů ze zadniacute čaacutesti plechu (od napaacutejeciacutech svorek) do rozvaděčoveacuteho kanaacutelu na straně

předniacute Pro tuto potřebu jsou stejneacute otvory vyvrtaacuteny takeacute do dna kanaacutelu Ve spodniacute čaacutesti jsou

otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky pomociacute kteryacutech je zajištěno napaacutejeniacute panelu a poteacute napaacutejeniacute motoru

a 3 otvory na ovlaacutedaciacute tlačiacutetka k zajištěniacute ovlaacutedaacuteniacute motoru Uchyceniacute plechu k nosneacute konstrukci

je provedeno samořeznyacutemi šroubky M5 v roziacutech plechu

Obr 42 Naacutevrh plechu panelu

Vyacutekres plechu s udaacuteniacutem koacutet je obsažen v přiacuteloze praacutece viz Obr 01

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 43

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 44

42 Scheacutema zapojeniacute přiacutepravku

Demonstračniacute panel je uzpůsoben pro reverzniacute chod trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 44 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho přiacutepravku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 45

43 Vyacuteslednyacute přiacutepravek

Vyacuteslednyacute osazenyacute a zapojenyacute přiacutepravek určenyacute pro laboratorniacute uacutelohu doplněnyacute vhodnyacutemi

štiacutetky pro ovlaacutedaacuteniacute a zapojeniacute napaacutejeciacute siacutetě (VSTUP) a motoru (VYacuteSTUP)

Obr 45 Demonstračniacute přiacutepravek

Zadniacute čaacutest panelu s izolovaacuteniacutem konektorů FASTON pomociacute teplem smrštitelneacute bužiacuterky před

nebezpečnyacutem dotykem živeacute čaacutesti

Obr 46 Zadniacute pohled

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 46

44 Demonstračniacute kufr pro ABB

Pro společnost ABB sro byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 prezentujiacuteciacute

jeho možnosti Zaacutekladniacutem požadavkem naacutevrhu bylo řešeniacute pomociacute jednofaacutezoveacuteho napaacutejeniacute

Jelikož UMC100 je uzpůsobeno pro chod trojfaacutezovyacutech motorů je použit frekvenčniacute měnič

ACS50 kteryacute nabiacuteziacute při napaacutejeniacute pomociacute jednofaacutezoveacute siacutetě na sveacutem vyacutestupu napětiacute 3x230V50Hz

Pro digitaacutelniacute vstupy UMC100 a rozšiřovaciacuteho modulu DX111 je navrženo použitiacute dvoupoacutelovyacutech

paacutečkovyacutech přepiacutenačů s funkciacute (ON)-OFF-ON s napětiacutem 24V DC K signalizaci aktivniacutech vstupů

a vyacutestupů je navrženo použitiacute zelenyacutech signaacutelek Ovlaacutedaciacute panel kufru obsahuje spiacutenače pro

simulaci ztraacutety napaacutejeciacute faacuteze motoru potenciometr k simulaci faacutezoveacute nesymetrie daacutele červenou

signaacutelku pro signalizaci poruchovyacutech stavů a žlutou pro chod motoru Všechny přepiacutenače a

signaacutelky jsou přiacutestupneacute uživateli prostřednictviacutem navrženeacuteho ovlaacutedaciacuteho panelu kteryacute současně

posloužiacute jako kryt kufru (Obr 02) Jelikož pro přenosnyacute kufr neniacute nejvhodnějšiacute použitiacute

asynchronniacuteho motoru je proto použit 6-poacutelovyacute synchronniacute motor s přiacutekonem 23VA

vyacutestupniacutem vyacutekonem 105W a jmenovityacutem proudem 100mA

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 47

Obr 47 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho kufru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 48

SIMULACE OCHRAN 5Kapitola obsahuje soupis simulaciacute ochran ktereacute jsou demonstrovaacuteny v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jež se zabyacutevaacute problematikou UMC100 Z širokeacute škaacutely ochran jsou vybraacuteny 4 situace ktereacute

se v průmyslu často vyskytujiacute

51 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

K nasimulovaacuteniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii je použit posuvnyacute potenciometr kteryacute je

připojen na svorky (12) Pomociacute potenciometru bude snižovaacutena velikost napětiacute na přiacutevodniacute faacutezi

do motoru (L1) Pro demonstraci ochrany je použit napěťovyacute modul VI150 spolu s UMC100 Na

svorky modulu označeneacute (L1L2 a L3) jsou přivedeny faacuteze v uvedeneacutem sledu Při zvyšovaacuteniacute

odporu rezistoru ve faacutezi dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute napětiacute na přiacutevodniacute svorce (L1) vlivem rostouciacuteho

uacutebytku napětiacute na daneacutem rezistoru Je-li napěťovyacute modul propojen vodičem s UMC a je-li spraacutevně

nastaven UMC vyhodnotiacute po určiteacutem poklesu napětiacute a naacuterůstu proudu ve zbylyacutech dvou faacuteziacutech

(L2 a L3) jako chybovou a vybaviacute Nejprve bude vybaveno varovaacuteniacute a poteacute dojde k odpojeniacute

motoru

52 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze je motor vystaven vysokeacutemu riziku což většinou vede k jeho

zničeniacute Demonstrace ochrany proběhne uacuteplnyacutem odpojeniacutem napaacutejeciacute faacuteze L2 Pro vybaveniacute

ochrany neniacute zapotřebiacute aby byl motor v chodu neboť použitiacute napěťoveacuteho modulu VI150

detekuje nepřiacutetomnost napětiacute faacuteze a vybaviacute Při chodu motoru ochrana vybaviacute od 15s pro třiacutedu

5E a do 12s pro 40E podle nastaveneacute třiacutedy přetiacuteženiacute viz Tab 32 Princip funkce při chodu

motoru spočiacutevaacute v porovnaacuteniacute nejvyššiacute a nejnižšiacute naměřeneacute hodnoty faacutezoveacuteho proudu s

nastavenyacutemi uacuterovněmi Vyacutehodou je že signalizuje varovaacuteniacute ještě před samotnyacutem spuštěniacutem

motoru kdy může nastat stav že je přepaacutelena pojistka a obsluha toto nezaznamenala Mimo

přepaacuteleneacute pojistky se může takeacute jednat o uvolněnyacute nebo opotřebenyacute kontakt

53 Ochrana sledu faacuteziacute

Pro spraacutevnyacute chod motoru a diagnostiku pomociacute kontroleacuteru s použitiacutem napěťoveacuteho modulu je

zapotřebiacute dodržet sled faacuteziacute tzn Faacutezovyacute vodič L1rarrsvorka L1 L2 rarrsvorka L3 a L3rarrsvorka L3

Při zaacuteměně některyacutech faacutezovyacutech vodičů neprodleně vybaviacute ochrana sledu faacuteziacute a neniacute dovoleno

spuštěniacute motoru do okamžiku dokud neniacute obsluhou tento probleacutem vyřešen

54 PTC ochrana

Pro vyhodnocovaacuteniacute teploty vinutiacute statoru motoru sloužiacute termistor PTC Při zvyacutešeniacute teploty

nastaacutevaacute zvyacutešeniacute odporu termistoru (viz Obr 38) a motor odpojiacute Udaacutevanaacute odezva UMC na

změnu odporu je v rozmeziacute R = 34-38kΩ

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 49

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany

Z důvodu ochrany motoru neniacute vhodneacute vystavovat motor zvyacutešeneacute teplotě pro nastiacuteněniacute funkce

PTC ochrany Pro tento uacutečel posloužiacute zhotovenyacute box osazenyacute lineaacuterniacutem potenciometrem

s hodnotou odporu 25kΩ jemuž jsou předřazeny odpory 1kΩ a 330Ω

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 50

LABORATORNIacute UacuteLOHA 6

61 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100

Uacutekolem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute řiacutediacuteciacute a kontrolniacute jednotkou pro

provoz trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru UMC100

Motorovyacute kontroleacuter nabiacuteziacute 3 releacuteoveacute vyacutestupy Tyto vyacutestupy jsou připojitelneacute na napětiacute 230V AC s

maximaacutelniacutem proudem 1A Releacuteoveacute vyacutestupy sloužiacute zejmeacutena pro připojeniacute budiacuteciacutech ciacutevek stykačů

Hlavniacute vstupy jsou tvořeny seacuteriiacute svorek jež je umiacutestěnaacute ve spodniacute čaacutesti kontroleacuteru Svorky nesou

označeniacute (DI0 DI1 hellip DI5) Tyto digitaacutelniacute vstupy pracujiacute s napětiacutem 24V DC a sloužiacute pro

připojeniacute ovlaacutedaciacutech tlačiacutetek jako start motoru stop motoru reverzaci rozběh hvězda-trojuacutehelniacutek

nebo např použitiacute vstupu pro koncovyacute spiacutenač pro připojeniacute pomocnyacutech kontaktů stykačů či

funkci aktuaacutetor kdy je ovlaacutedaacuten pohon ventilu Vše podle nastaveniacute uživatele a pracovniacuteho

procesu Vedle hlavniacutech vstupniacutech kontaktů se nachaacuteziacute takeacute jeden vyacutestupniacute s označeniacutem (DO3)

Tento digitaacutelniacute vyacutestup lze využiacutet k připojeniacute 24V DC signalizačniacute kontrolky pro chybovaacute hlaacutešeniacute

modulu UMC100 nabiacuteziacute integrovanyacute vstup pro připojeniacute PTC termistoru Diacuteky PTC jsme

schopni hliacutedat teplotu statoroveacuteho vinutiacute a předejiacutet tiacutem zaacutevažneacutemu poškozeniacute motoru

Hlavniacute obvod

Měřeniacute proudu faacutezovyacutemi vodiči je řešeno pomociacute 3 průvlečnyacutech ok integrovanyacutech v modulu

Tato průvlečnaacute oka jsou měřiacuteciacutemi transformaacutetory proudu navinutyacutemi na toroidniacutem jaacutedře Diacuteky

těmto transformaacutetorům je kontroleacuter schopnyacute měřit proud v rozsahu 024 až 63A Pro vyššiacute

hodnoty proudů až 850A se použiacutevaacute externiacute proudovyacute transformaacutetor

Možnost rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru

UMC se v průmyslovyacutech aplikaciacutech nejčastěji použiacutevaacute s využitiacutem napěťoveacuteho a rozšiřovaciacuteho

(vstupně-vyacutestupniacuteho) modulu Pro laboratorniacute uacutelohu je použit napěťovyacute modul VI150 a

rozšiřovaciacute modul DX122 jenž jsou připojeny k UMC pomociacute UMCIO-CAB přes svorky

s označeniacutem Ca a Cb

Napěťovyacute modul VI150

K demonstraci kontroleacuteru je použit modul s označeniacutem VI150 Zařiacutezeniacute disponuje konektory pro

připojeniacute faacutezovyacutech vodičů (L1 L2 a L3) a je schopneacute měřit hodnotu sdruženeacuteho napětiacute siacutetě

S naměřenyacutemi hodnotami faacutezoveacuteho proudu pomociacute UMC dostaacutevaacuteme takeacute hodnotu faacutezoveacuteho

posuvu mezi napětiacutem a proudem tedy uacutečiniacuteku cos φ Z těchto naměřenyacutech parametrů vypočiacutetaacute

řiacutediacuteciacute jednotka kontroleacuteru činnyacute přiacutekon Ovšem pro spraacutevnou detekci napětiacute je nutneacute dodržet

zapojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 51

Vstupně-vyacutestupniacute modul DX122

Modul umožňuje rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru o dalšiacutech 8 digitaacutelniacutech vstupů na napětiacute 110-230V AC 4

releacuteoveacute vyacutestupy a 1 analogovyacute vyacutestup Pomociacute programu ABB Asset Vision Basic je možneacute

přiacutemeacute přiřazeniacute parametrů a programovaacuteniacute UMC100 a takeacute všech zařiacutezeniacute kteraacute jsou vybavena

DTM (Device Type Manager)- naacutestroj pro konfiguraci a spraacutevu zařiacutezeniacute

Komunikačniacute modul MTQ22

O komunikaci mezi UMC a PC se staraacute modul MTQ22 V software vytvořeneacutem pomociacute

vyacutevojoveacuteho prostřediacute LabVIEW lze sledovat aktuaacutelniacute měřeneacute veličiny zobrazenaacute varovaacuteniacute

poruchovyacutech stavů informace o stavu vstupů a vyacutestupů apod

Napaacutejeciacute zdroj

Napaacutejeniacute modulů zajišťuje zdroj CP-D 2413A s regulaciacute vyacutestupniacuteho napětiacute Regulace je možnaacute

v rozpětiacute 24-28V DC Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute zdroje je umožněna z důvodu požadavku

přesneacuteho napětiacute 24V DC Vlivem zatiacuteženiacute (napaacutejeniacute UMC VI a DX) vyacutestupniacute napětiacute zdroje klesaacute

podle zatěžovaciacute charakteristiky přiacuteslušneacuteho zdroje CP-D sloužiacute takeacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacutech

vstupů UMC

Ochranneacute funkce

UMC nenabiacuteziacute pouze možnost měřeniacute faacutezoveacuteho proudu ale takeacute řadu ochran při poruchovyacutech

stavech provozu Nejčastěji v praxi využiacutevanaacute ochrana je ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute kteraacute

je doprovaacutezena varovnou signalizaciacute nastaacutevajiacuteciacute poruchy

Ochrana motoru při proudoveacutem podtiacuteženiacute pracuje na obdobneacutem principu jako předchoziacute ochrana

Kontroleacuter monitoruje hladinu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu Při jeho poklesu pod nastavenou

uacuteroveň maximaacutelniacuteho dovoleneacuteho poklesu (udaacutevaneacute relativně v k jmenoviteacutemu In) dochaacuteziacute k

signalizaci chyby a odpojeniacute motoru od siacutetě

PTC ochrana spočiacutevaacute v hliacutedaacuteniacute teploty statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru pomociacute PTC

termistoru V našem přiacutepadě je použito lineaacuterniacuteho potenciometru kdy se zvyšujiacuteciacutem se odporem

potenciometru simulujeme zvyšujiacuteciacute se teplotu statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru

Při ztraacutetě některeacute napaacutejeciacute faacuteze motoru dochaacuteziacute k okamžiteacutemu blokovaacuteniacute startu motoru

Ochrana sledu faacuteziacute zajistiacute spraacutevneacute zapojeniacute vodičů L1 L2 a L3 ktereacute je slučitelneacute s nastaveniacutem v

UMC

Vlivem přerušovaneacuteho provozu např S3 kdy nedochaacuteziacute v době klidu a odpojeniacute motoru k

poklesu teploty na teplotu okoliacute může vybavit Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute - Thermal

Overload Protection (TOL)

Zablokovaniacute rotoru byacutevaacute způsobeno přiacuteliš vysokyacutem zaacutetěžnyacutem momentem Mz na hřiacutedeli motoru

nebo mechanickou poruchou Kontroleacuter je při startu schopen detekovat tento stav

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 52

62 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute uacutelohy a scheacutema zapojeniacute panelu

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 53

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 54

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha

Štiacutetek použiteacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 64 Štiacutetek motoru

63 Popis scheacutematu zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

Na vstupniacute svorky s označeniacutem VSTUP (L1 L2 L3 N PE) jsou přivedeny přiacuteslušneacute vodiče

z pracovniacuteho stolu Hlavniacute 16A jistič s vypiacutenaciacute charakteristikou typu C sloužiacute pro jištěniacute siloveacute

čaacutesti obvodu Pro jištěniacute napaacutejeciacuteho zdroje CP-D sloužiacute tavnaacute pojistka 2T250V Napěťoveacute

vstupy na modul VI150 jsou jištěny tavnou pojistkou F125250V Posuvnyacute potenciometr

umiacutestěnyacute na faacutezoveacutem vodiči L1 sloužiacute k demonstraci ochrany při faacutezoveacute nesymetrii

Komunikačniacute modul MTQ22 zajišťuje komunikaci mezi UMC a PC kdy prostřednictviacutem

Ethernetoveacute siacutetě jsme schopni čiacutest měřeneacute veličiny

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 55

64 Pracovniacute postup

1 Seznamte se s kontroleacuterem UMC100 a ostatniacutemi komponenty použityacutemi pro laboratorniacute

uacutelohu a se scheacutematem zapojeniacute uacutelohy

2 Připojte elektromotor a vstupniacute svorky na přiacuteslušneacute zdiacuteřky Před připojeniacutem vyacutekonoveacuteho

potenciometru ověřte měřeniacutem jeho minimaacutelniacute a maximaacutelniacute hodnotu odporu a

poznamenejte si je

3 Připojte potenciometr na určeneacute zdiacuteřky označeneacute čiacutesly 1 a 2 a nastavte hodnotu odporu

4 Po kontrole zapojeniacute vyučujiacuteciacutem zapněte pracoviště a nastavte autotransformaacutetor na 100

vyacutestupniacuteho napětiacute Zapněte hlavniacute jistič Kontrola a nastaveniacute komunikace mezi UMC

DX a VI

Nastaveniacute Komunikace se provede přes LCD displej naacutesledujiacuteciacutem způsobem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on

5 Stiskem tlačiacutetka VPŘED nebo VZAD na panelu uvedeme motor do chodu Pro přechod

z jednoho směru do druheacuteho je nutneacute nejprve zastavit motor tlačiacutetkem STOP Při

zastaveniacute je kontroleacuterem motor blokovaacuten po dobu 3s před dalšiacutem spuštěniacutem z důvodu

doběhu motoru Pohybem tlačiacutetek nahoru dolů pomociacute LCD v hlavniacute nabiacutedce - UMC -

můžeme sledovat aktuaacutelniacute proud motoru sdruženeacute napětiacute odebiacuteranyacute přiacutekon ze siacutetě

uacutečiniacutekhellip

6 Při provaacuteděniacute uacutelohy na brzdě (dynamometru) ověřte funkci ochrany při zablokovaacuteniacute

rotoru funkci ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a proudoveacutem přetiacuteženiacute

7 Při vybaveniacute každeacute z ochran zaznamenejte hodnotu kdy vypnula Před novyacutem startem je

důležiteacute přečiacutest zaacuteznam důvodu poruchy a proveacutest reset na panelu UMC100-PAN jinak je

START blokovaacuten

65 Měřeniacute

OCHRANA PŘED PŘEHŘAacuteTIacuteM MOTORU

Potenciometrem označenyacutem PTC je zvyšovaacutena hodnotu odporu do okamžiku kdy dojde

k odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě zapůsobeniacutem PTC ochrany Hodnota odporu potenciometru

při vybaveniacute ochrany je určena měřeniacutem na 341kΩ Odpoviacutedajiacuteciacute hodnotu teploty motoru

odečteme z grafu a hodnoty odporu potenciometru při vypnutiacute

Do tabulky zapište změřenou hodnotu odporu potenciometru při vypnutiacute Při teacuteto hodnotě odporu

odečtěte teplotu motoru z grafu Ziacuteskanou teplotu porovnejte s vypočtenou teplotou motoru

Tabulka naměřenyacutech a vypočtenyacutech hodnot

R ϑg R0 ϑ

[Ω] [degC] [Ω] [degC]

3410 136 1320 13626

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 56

Vyacutepočet vychaacuteziacute ze vztahu pro zaacutevislost elektrickeacuteho odporu vodiče na teplotě

(651)

kde

(652)

Po uacutepravě pak

α - teplotniacute součinitel elektrickeacuteho odporu (K-1

) (α = 001162 K-1

)

R0 - odpor potenciometru v zaacutekladniacute poloze

R - odpor potenciometru při vybaveniacute ochrany

ϑg - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute odečtenaacute z grafu

ϑ - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute ndash vypočtenaacute

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

R [

Ω]

ϑ [degC]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 57

Vinutiacute motoru je izolovaacuteno izolaciacute třiacutedy F (155)

Třiacuteda izolace A E B F H

Okolniacute teplota [degC] 40 40 40 40 40

Povolenyacute naacuterůst teploty [degC] 60 75 80 105 125

Teplotniacute rezerva 5 5 10 10 15

Konečnaacute teplota 105 120 130 155 180

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru [12]

OCHRANA PŘED NESPRAacuteVNYacuteM SLEDEM FAacuteZIacute

Nedodrženiacutem sledu napaacutejeciacutech faacutezovyacutech vodičů (zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů svorek L2 a L3)

jak je nastaveno v UMC provaacutediacute napěťovyacute modul blokaci startu motoru V tomto přiacutepadě

vybavuje neprodleně ochrana sledu faacuteziacute ndashPhase sequence Funkci zaznamenejte do protokolu

OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII

Zvyšovaacuteniacutem odporu vyacutekonoveacuteho potenciometru zapojeneacuteho ve faacutezi L1 (viz scheacutema zapojeniacute

uacutelohy) dochaacuteziacute k simulaci faacutezoveacute nesymetrie siacutetě Motor je odpojen v okamžiku kdy poklesne

hodnota sdruženeacuteho napětiacute mezi faacutezemi L3 a L1 přibližně na hodnotu Us = 380V Velikost

odporu při vybaveniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii činiacute 101Ω Hodnotu nesymetrie zaznamenejte

do protokolu

OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE

Ztraacuteta faacuteze se realizuje pomociacute spiacutenače v pracovniacutem stole kdy odpojiacuteme napaacutejeciacute faacutezi Změřte

čas od odpojeniacute faacuteze L2 do vybaveniacute ochrany při ztraacutetě faacuteze a poznamenejte do protokolu

66 Demonstrace ochran při použitiacute dynamometru

OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU

K testu ochrany při zablokovaacuteniacute rotoru posloužiacute dynamometr jehož hřiacutedel je spojenaacute se hřiacutedeliacute

asynchronniacuteho motoru pomociacute spojky Hřiacutedel dynamometru je poteacute mechanicky zablokovaacutena

Stiskem přiacuteslušneacuteho tlačiacutetka je proveden start motoru a sledovaacuten proud při odpojeniacute motoru od

siacutetě a čas odpojeniacute Proud při vybaveniacute ochrany při mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru dosaacutehl

hodnoty 1978A což odpoviacutedaacute 582In

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute ndash (High current protection)

Pro simulaci proudoveacuteho přetiacuteženiacute maacuteme nastavenou hodnotu odebiacuteraneacuteho proudu na 130 pro

odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě Snižovaacuteniacutem jmenovityacutech otaacuteček motoru pomociacute dynamometru

(bržděniacutem tzn n rarr 0) dochaacuteziacute k naacuterůstu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu I Odpojeniacute nastalo při

odebiacuteraneacutem proudu 447A Nastaveneacute hodnotě (13In ) naacuteležiacute proud 442A Tiacutem lze konstatovat

že vyacutesledek měřeniacute je srovnatelnyacute s hodnotami uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute

Stav proudoveacuteho podtiacuteženiacute nedostatečneacuteho proudoveacuteho zatiacuteženiacute použiacutevanyacute zejmeacutena u čerpadel

je simulovaacuten pomociacute dynamometru kdy je nastavenaacute hodnota poklesu aktuaacutelniacuteho proudu na

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 58

085In a čas odpojeniacute od siacutetě na 10s Po roztočeniacute a zatiacuteženiacute motoru na hodnotu jmenoviteacuteho

proudu jsou pomociacute dynamometru zvyšovaacuteny otaacutečky motoru n Tento proces maacute za naacutesledek

snižovaacuteniacute aktuaacutelniacuteho proteacutekaneacuteho proudu I kdy motor ztraacuteciacute zatiacuteženiacute Nastaveneacute hodnotě

podtiacuteženiacute odpoviacutedaacute aktuaacutelniacute proud 289A Při dosaženiacute teacuteto uacuterovně je spuštěn odpočet a motor za

10s odpojen

67 Vyhodnoceniacute a zaacutevěr

Vyacutesledkem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute technologiiacute pro diagnostiku

veličin při chodu trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru Při demonstračniacute simulaci ochran byly

dosaženy naacutesledujiacuteciacute vyacutesledky PTC ochrana vybavuje při hodnotě odporu 341kΩ Tato hodnota

odpoviacutedaacute teplotě ϑg = 136degC odečteneacute z grafu Vypočtenaacute teplota ϑ = 13626degC Vyacuterobce uvaacutediacute

zapůsobeniacute ochrany při hodnotě odporu v rozsahu 34-38kΩ Zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů L2 a

L3 proběhla okamžitaacute blokace spuštěniacute motoru Faacutezovaacute nesymetrie vybavila při poklesu napětiacute o

5 Ztraacutetou napaacutejeciacute faacuteze proběhlo odpojeniacute motoru v čase t = 15s Čas odpojeniacute odpoviacutedaacute třiacutedě

přetiacuteženiacute 5E kteraacute je nastavena

Při testu za použitiacute dynamometru bylo zjištěno že při zablokovaneacutem rotoru motoru zapůsobil

kontroleacuter při nastaveneacutem přetiacuteženiacute 3In Teacuteto hodnotě naacuteležiacute proud 102A Jelikož je nastavena

třiacuteda přetiacuteženiacute 5E ktereacute naacuteležiacute interval 15s a poteacute odpojeniacute motoru tak během tohoto okamžiku

vzrostla hodnota proudu na 1978A což odpoviacutedaacute 582In Při proudoveacutem přetiacuteženiacute odpoviacutedaly

vyacutesledky měřeniacute nastaveneacute hodnotě přetiacuteženiacute 13In Ve stavu proudoveacuteho podtiacuteženiacute zapůsobila

ochrana spraacutevně dle nastaveneacuteho poklesu proudu na 085In

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 21: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 21

2321 Vnitřniacute struktura VI150-FBP

Obraacutezek přibližuje vnitřniacute strukturu použiteacuteho napěťoveacuteho modulu VI150

Obr 24 Struktura napěťoveacuteho modulu VI150 [3]

Obr 25 Vnějšiacute popis modulu VI150 pro UMC100-FBP

1 konektory pro komunikaci s UMC100 a pro komunikaci s rozšiřovaciacutemi moduly DX111-

FBP a DX122-FBP

2 napěťoveacute vstupy

3 releacuteovyacute vyacutestup

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 22

4 svorky pro připojeniacute napaacutejeciacuteho napětiacute 24VDC

5 3 stavoveacute LED

zelenaacute - zařiacutezeniacute připraveno

žlutaacute - varovaacuteniacute

červenaacute - porucha zařiacutezeniacute

6 popisovyacute štiacutetek

233 DX111-FBP

Modulaacuterniacute zařiacutezeniacute umožňujiacuteciacute rozšiacuteřeniacute UMC100 o dalšiacute pomocneacute vstupy a vyacutestupy

použitelneacute pro různaacute hlaacutešeniacute a vyacutestrahy Digitaacutelniacute vstupy jsou potenciaacuteloveacute s napětiacutem 24V DC

Proto je nutneacute pro ovlaacutedaciacute obvody dodržet napětiacute 24V DC nebo bezpotenciaacuteloveacute kontakty (tj

releacute) připojeneacute ze svorky +24V

Rozšiřovaciacute modul DX111-FBP nabiacuteziacute množstviacute vstupů a vyacutestupů uvedenyacutech v (Tab 21)

Vstupy 8 digitaacutelniacutech vstupů 24V DC

Vyacutestupy 4 releacuteoveacute vyacutestupy

1 analogovyacute vyacutestup

Vstupniacute napětiacute 24V DC

Vstupniacute proud 60 mA

Logickaacute 0 -312hellip+5V DC

helliphelliphelliphellipcv1 +15hellip+312V DC

Tab 21 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX111-FBP [1]

234 DX122-FBP

Multifunkčniacute modul DX122-FBP maacute srovnatelneacute vlastnosti jako předešlaacute DX111 ovšem

rozdiacutel je v tom že DX122 nabiacuteziacute osm digitaacutelniacutech vstupů pro napětiacute 110V až 230V AC

Vstupy 8 digitaacutelniacutech vstupů 110-230V AC

Vyacutestupy 4 releacuteoveacute vyacutestupy

1 analogovyacute vyacutestup

Vstupniacute napětiacute 110V AChellip 240V AC

Vstupniacute proud 60 mA

Logickaacute 0 0hellip 40V AC

helliphelliphelliphelliphellip 1 74hellip 265V AC

Tab 22 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX122-FBP [1]

Pomocnyacute rozšiřovaciacute modul se k UMC100 připojiacute na svorky Ca a Cb patrneacute na (Obr 21)

Připojeniacute lze proveacutest prostou kroucenou dvoulinkou Vzhledem k omezenyacutem prostoraacutem

rozvaacuteděčů kam je UMC100 instalovaacuteno je možneacute připojit rozšiřovaciacute modul odděleně od

kontroleacuteru a to až do vzdaacutelenosti maximaacutelniacute deacutelky 3m [1] [5]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 23

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezek (Obr 26) opět popisuje svorky a monitorovaciacute prvky DX122

Obr 26 Vnějšiacute popis IO modulu DX122-FBP pro UMC100-FBP

1 releacuteoveacute vyacutestupy (čaacutest 1)

2 releacuteoveacute vyacutestupy (čaacutest 2)

3 analogovyacute vyacutestup

4 komunikačniacute port s UMC

5 popisovyacute štiacutetek

6 digitaacutelniacute vstupy (110V AC- 230V AC)

7 3 stavoveacute LED

zelenaacute ndash zařiacutezeniacute v provozu

žlutaacute ndash vyacutestraha

červenaacute ndash porucha modulu

8 svorky pro napaacutejeniacute 24 V DC

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 24

24 Proudovyacute měřiacuteciacute transformaacutetor

Proudoveacute měřiacuteciacute transformaacutetory sloužiacute pro měřeniacute většiacutech hodnot střiacutedavyacutech proudů než je

dovoleno měřiacuteciacutem přiacutestrojem a takeacute ke galvanickeacutemu odděleniacute vedeniacute od měřiacuteciacuteho přiacutestroje

Funkce je založena na principu elektromagnetickeacute indukce Primaacuterniacute vinutiacute je tvořeno silovyacutem

vodičem měřeneacuteho vedeniacute Průchodem proudu primaacuterniacutem vedeniacutem se v magnetickeacutem obvodu

(jaacutedru) vytvaacuteřiacute magnetickyacute tok Φ a na zaacutekladě Faradayova zaacutekona elektromagnetickeacute indukce se

v sekundaacuterniacutem vinutiacute indukuje napětiacute Na sekundaacuterniacute vinutiacute je připojena měřiacuteciacute soustava

Obr 27 Magnetizačniacute charakteristika feromagnetickeacuteho materiaacutelu

Z průběhu magnetizačniacute charakteristiky feromagnetickeacuteho materiaacutelu (zaacutevislosti magnetickeacute

indukce na intenzitě magnetickeacuteho pole ) je patrnyacute stav kdy dojde k nasyceniacute magnetickeacuteho

obvodu transformaacutetoru Při nasyceniacute dochaacuteziacute ke změně vlastnostiacute feromagnetickeacuteho materiaacutelu

a křivka se od lineaacuterniacuteho průběhu odklaacuteniacute (tzv koleno magnetizačniacute křivky)

Obr 28 Měřiacuteciacute transformaacutetor proudu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 25

241 Externiacute proudovyacute transformaacutetor CTs

Externiacute přiacutestrojovyacute transformaacutetor proudu (daacutele jen PTP) se použiacutevaacute v přiacutepadě je-li jmenovityacute

proud motoru vyššiacute než 63A tzn sloužiacute k přizpůsobeniacute proudoveacuteho rozsahu na hodnotu kterou

je schopno UMC změřit UMC100 je schopneacute pracovat pomociacute sveacuteho vnitřniacuteho transformaacutetoru

proudu s proudem 024A až 63A Použitiacutem externiacuteho proudoveacuteho transformaacutetoru je možneacute měřit

až do hodnoty 850A PTP k UMC100 majiacute převod 1854 3104 5004 a 8504 Sekundaacuterniacutemu

vinutiacute odpoviacutedajiacute 4A což uvaacutediacute popis jednotlivyacutech typů proudovyacutech transformaacutetorů uvedenyacutech v

Tab 23 (čiacuteslo uvedeneacute za lomiacutetkem) např CTxLxxxR4 PTP maacute definovanou třiacutedu přesnosti

3 v celeacutem rozsahu měřeneacuteho proudu K nasyceniacute magnetickeacuteho obvodu transformaacutetoru dochaacuteziacute

přibližně při osminaacutesobku jmenoviteacuteho proudu In Transformaacutetor je navržen s třiacutedou přesnosti

5P10 to znamenaacute že je deklarovaacutena průměrnaacute chyba menšiacute než 5 při 10 naacutesobku jmenoviteacute

hodnoty proudu

Typ Rozsah měřeneacuteho proudu

[A] Max proud CT

[A]

CT4L185R4 60 až 185 1480

CT4L310R4 180 až 310 2480

CT5L500R4 300 až 500 4000

CT5L850R4 500 až 850 6800

Tab 23 Typy externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů s měřenyacutem rozsahem proudu [1]

Přiacuteklad zvoleniacute přiacuteslušneacuteho proudoveacuteho transformaacutetoru

Maacuteme-li asynchronniacute motor se jmenovityacutem proudem napřiacuteklad In =190 A a rozběhovyacutem proudem

pak

(241)

Podle jmenoviteacuteho proudu motoru In ležiacuteciacuteho v rozsahu měřeneacuteho proudu přiacuteslušneacuteho CT

určiacuteme typ CT Nachaacuteziacute-li se jmenovityacute proud na mezi některeacuteho z měřenyacutech rozsahů CT voliacute se

takovyacute transformaacutetor kteryacute maacute většiacute hodnotu maximaacutelniacuteho proudu než vyacuteslednyacute proud

vypočtenyacute Pro přiacutepad kdy In = 190 A je zvolenyacute typ CT4L310R4 Maximaacutelniacute proud Imax splňuje

požadavek kdy Imax lt max proud CT [1]

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezky představujiacute konstrukce externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 26

Obr 29 Konstrukce CT4L185R4 a CT4L310R4 [3]

Obr 210 Konstrukce CT5L500R4 a CT5L850R4 [3]

Zapojeniacute svorkovnice proudoveacuteho transformaacutetoru CTxLxxxR4 a propojeniacute s integrovanyacutem

proudovyacutem transformaacutetorem UMC100 Na Obr 211 je takeacute ukaacutezka zapojeniacute měřiacuteciacuteho modulu

VI150 na přiacutevodniacutech faacuteziacutech motoru a dodrženyacutem spraacutevnyacutem sledem faacutezovyacutech vodičů

Obr 211 UMC100-FBP s CT a VI150 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 27

Obecně platiacute že vyacutevody sekundaacuterniacuteho vinutiacute měřiacuteciacuteho transformaacutetoru proudu jsou buď

zapojeny na zaacutetěž nebo jsou propojeny do zkratu a jeden z vyacutevodů je uzemněn Princip je patrnyacute

z Obr 212 V praxi dochaacuteziacute k několika chybaacutem způsobenyacutech neznalostiacute problematiky Jednou

může byacutet neuzemněniacute jedneacute ze svorek sekundaacuterniacuteho vinutiacute Pak vznikaacute kapacitniacute vazba a

sekundaacuterniacute vinutiacute v nepřiacutezniveacutem přiacutepadě může vysokyacutem napětiacutem termionicky působit - jiskřit na

kostru Při delšiacutem trvaacuteniacute jiskřiveacuteho vyacuteboje v jednom miacutestě se mohou vytvořit vodiveacute cesty a dojiacutet

k průrazu izolace vodiče k nežaacutedouciacutemu potenciaacutelu [8]

Obr 212 Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů proudu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 28

25 Monitorovaciacute zařiacutezeniacute zemniacuteho spojeniacute CEM11-FBP

Monitorovaciacute zařiacutezeniacute CEM11 sloužiacute pro sledovaacuteniacute svodovyacutech proudů respektive zemniacutech

poruch způsobenyacutech nejčastěji poškozenou izolaciacute Detekovaacuteniacute takoveacuteto zemniacute poruchy vede

k odpojeniacute motoru aby nedošlo k jeho většiacutemu poškozeniacute nebo vede k upozorněniacute obsluhy

Možneacute použitiacute je jak v siacutetiacutech uzemněnyacutech tak i neuzemněnyacutech

Průvlečneacute oko je tvořeno toroidniacutem transformaacutetorem kteryacutem jsou vedeny všechny 3 faacutezoveacute

vodiče motoru Zařiacutezeniacute hliacutedaacute to aby součet faacutezorů proudů byl nulovyacute Jakmile dojde k zemniacutemu

spojeniacute tzn součet faacutezorů proudů je nenulovyacute integrovanaacute elektronika CEM11 sepne nebo

rozepne vyacutestup Vyacutestup z CEM11 pracuje jako kontakt kteryacute detekovanou hodnotou proudu

sepne nebo rozepne 24V DC jenž poteacute může byacutet připojeno jako např digitaacutelniacute vstup do UMC

Nastaveniacute zpožděniacute sepnutiacute varovaacuteniacute nebo odpojeniacute lze zvolit v UMC a to v rozsahu od 01s ndash

255s Nastaveniacute citlivosti spiacutenaacuteniacute je možneacute v několika krociacutech Poloha přepiacutenače (0-7) s toleranciacute

na pozici 0 cca plusmn30 a daacutele vždy s toleranciacute cca plusmn10

CEM11 je možneacute uložit spolu s ostatniacutemi komponenty na DIN lištu normovaneacuteho rozměru

35mm nebo pomociacute přiacutedavneacuteho klipu pro nejmenšiacute rozměr CEM11-FBP20 [1]

Průměr průvlečneacuteho

oka [mm]

Proudovyacute rozsah

[mA]

20 80 - 1700

35 100 - 3400

60 120 - 6800

120 240 - 13600

Tab 24 Rozměry vyraacuteběnyacutech CEM11-FBPs udaacutevanyacutemi hodnotami svodovyacutech proudů

Obr 213 Zapojeniacute CEM11-FBP do obvodu [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 29

26 Napaacutejeciacute zdroj

Pro napaacutejeniacute modulů UMC100 DX122 a VI150 sloužiacute zdroj typu CP-D 2413 Jednaacute se o

napaacutejeciacute zdroj kteryacute na sveacutem vyacutestupu dovoluje regulaci napětiacute 24-28V DC s toleranciacute plusmn 1

Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute je umožněna z důvodu připojeniacute modulů na dlouheacute vedeniacute kde

vznikajiacute uacutebytky napětiacute praacutevě vlivem deacutelky vedeniacute Zpravidla klesne-li na vedeniacute napětiacute od

jednoho zdroje na ktereacutem je nastaveno maximaacutelniacute vyacutestupniacute napětiacute pod minimaacutelniacute hodnotu

potřebnou pro napaacutejeniacute modulu je nutneacute použiacutet dalšiacute napaacutejeciacute zdroj Maximaacutelniacute proud zdroje je

Imax = 13A a jmenovityacute vyacutestupniacute vyacutekon 30W Tento typ zdroje je diacuteky svyacutem modulaacuterniacutem

rozměrům možneacute umiacutestit na DIN lištu (EN50022-35) [6]

Naacutesledujiacuteciacute zatěžovaciacute charakteristika znaacutezorňuje zaacutevislost svorkoveacuteho napětiacute zdroje na

odebiacuteraneacutem proudu pro teplotu T=25degC

Obr 214 Zatěžovaciacute charakteristika zdroje CP-D 2413[6]

Obr 215 Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 30

27 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

Tento modul poskytuje komunikaci pro FieldBusPlug zařiacutezeniacute jako je např UMC100

s počiacutetačem prostřednictviacutem siacutetě Ethernet K MTQ22 lze připojit až 4 zařiacutezeniacute pro uacutesporu

naacutekladů Naacutesledujiacuteciacute popis je vztažen k Obr 216 kde jsou znaacutezorněny jednotliveacute čaacutesti modulu

1 konektory s označeniacutem X1 až X4 sloužiacute pro připojeniacute až 4 zařiacutezeniacute FBP

2 LED diody pro signalizaci aktuaacutelniacuteho stavu komunikace

3 micro USB konektor s označeniacutem X5 pro připojeniacute a konfiguraci pomociacute PC

4 dvě RJ45 zaacutesuvky s označeniacutem E1 a E2 pro připojeniacute pomociacute Ethernetoveacuteho kabelu

5 konektor pro připojeniacute 24V DC napaacutejeciacuteho napětiacute nese označeniacute X6

Obr 216 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 31

OCHRANNEacute FUNKCE 3Kontroleacuter nabiacuteziacute velkeacute množstviacute ochrannyacutech funkciacute potřebnyacutech pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacuteho chodu

motoru Některeacute funkce jsou aktivniacute pouze po čaacutest běhu motoru typicky při startu motoru jineacute

po jeho rozběhu Naacutesledujiacuteciacute tabulka (Tab 31) nastiacuteniacute přehled nejdůležitějšiacutech ochran motoru a

čas kdy jsou aktivovaacuteny

Ochrannaacute funkce Aktivniacute

Při tepelneacutem přetiacuteženiacute Vždy

Při zablokovaneacutem rotoru Při startu motoru

Při proudoveacutem přetiacuteženiacute Po startu

Při proudoveacutem podtiacuteženiacute Po startu

Sled faacuteziacute Vždy

Při faacutezoveacute nesymetrii Vždy

Při ztraacutetě faacuteze Vždy

PTC ochrana Vždy

Při zemniacutem spojeniacute Vždy po spuštěniacute

Při napěťovyacutech špičkaacutech Vždy

Při harmonickeacutem zkresleniacute Vždy

Tab 31 Ochranneacute funkce [1]

Nastaveniacute parametrů jednotlivyacutech ochran probiacutehaacute pomociacute UMC100-PAN

31 Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute

UMC100 disponuje nastavitelnyacutem vypiacutenaacuteniacutem při tepelneacutem přetiacuteženiacute podle třiacuted 5E 10E 20E

30E a 40E viz Obr 31 Tyto třiacutedy uvaacutedějiacute poměr mezi aktuaacutelniacutem prochaacutezejiacuteciacutem proudem

motorem I a jmenovityacutem proudem motoru In uvedenyacutem na štiacutetku v zaacutevislosti na maximaacutelniacute době

rozběhu t

Třiacuteda 5E 10E 20E 30E 40E

t [s] 15 3 6 3 12

Tab 32 Třiacutedy přetiacuteženiacute a čas odpojeniacute

Lze hovořit o dvou typech rozběhu motoru

1 normaacutelniacute rozběh - do 10s

2 těžkyacute rozběh - viacutece jak 10s

Při rozběhu zatiacuteženeacuteho motoru se otaacutečky zvyšujiacute z nuloveacute hodnoty na jmenovitou přičemž

dochaacuteziacute k naacuterůstu proudu až na několikanaacutesobek jeho jmenoviteacute hodnoty Zpravidla u většiacutech

motorů byacutevaacute naacuterůst až 10In tudiacutež v tento bdquokritickyacuteldquo okamžik nesmiacute vybavit ochrana na tepelneacute

přetiacuteženiacute Rozběh motoru pro UMC končiacute při poklesu proudu I na hodnotu 135 proudu

jmenoviteacuteho In nebo při dosaženiacute jmenovityacutech otaacuteček nn Udaacutevaneacute časy představuje Tab 32

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 32

311 Určeniacute teploty vinutiacute a vypiacutenaciacute třiacutedy

Podle způsobu určeniacute teploty vinutiacute motoru se ochrany rozlišujiacute na proudově nezaacutevisleacute a

proudově zaacutevisleacute

Proudově nezaacutevisleacute ochrany měřiacute přiacutemo teplotu ve vinutiacute motoru pomociacute vhodneacuteho čidla

teploty zpravidla termistoru Tiacutemto způsobem lze zjistit nedovoleneacute otepleniacute způsobeneacute např

poruchou cirkulace vzduchu kterou proudově zaacutevislaacute ochrana neniacute schopna vyhodnotit

Proudově zaacutevisleacute ochrany vyhodnocujiacute teplotu vinutiacute motoru nepřiacutemo a to prostřednictviacutem

vyacutepočtoveacuteho modelu z provozniacuteho proudu motoru Zvyacutešeniacute provozniacuteho proudu motoru maacute za

naacutesledek otepleniacute ktereacute vede trvaacute-li delšiacute dobu k poškozeniacute nebo zničeniacute motoru Ochrana při

tepelneacutem přetiacuteženiacute ndash TOL chraacuteniacute motor před přehřaacutetiacutem Tepelnyacute model je vypočiacutetaacutevaacuten za chodu i

v klidu motoru a z těchto stavů se pak zjistiacute tepelnaacute kapacita Znalost teacuteto hodnoty vede

k maximalizaci produktivity Funkčnost tepleneacuteho modelu je v souladu s normou

Při použitiacute motoru pro cyklickeacute operace dochaacuteziacute ke schodoviteacutemu zvyšovaacuteniacute teploty motoru Je

zapotřebiacute volit spraacutevnyacute čas intervalu mezi cykly aby nedochaacutezelo k přehřaacutetiacute a zbytečneacutemu

poškozeniacute izolace vinutiacute motoru

Funkce Thermal load (tzv tepelnaacute zaacutetěž) hliacutedaacute poměr aktuaacutelniacuteho prochaacutezejiacuteciacuteho proudu I a

jmenoviteacuteho proudu In motoru Jakmile poměr IIn přesaacutehne 100 začiacutenaacute odpočet TTT a motor

bude odpojen po uplynutiacute nastaveneacute periody Možnost opětovneacuteho spuštěniacute přetiacuteženeacuteho motoru

proběhne po jeho vychladnutiacute To je možneacute nastavit dvěma způsoby [1]

1 Ručně nastavenou periodou během ktereacute je motor blokovaacuten proti spuštěniacute

(ovlivňovaacuteno velikostiacute motoru teplotou prostřediacute kde je motor použit zda je vybaven

ventilaacutetorem či neniacute apod)

2 Nastaveniacutem procentuaacutelniacute hodnoty tepelneacute kapacity do ktereacute nebude moci obsluha

motor spustit (při nastaveniacute 50 nedojde k odblokovaacuteniacute ochrany pokud neklesne

tepelnaacute kapacita pod zadanou hodnotu)

Určeniacute vypiacutenaciacute třiacutedy je představeno na naacutesledujiacuteciacutem přiacutekladu

Maacuteme-li trojfaacutezovyacute asynchronniacute motor o vyacutekonu 22kW poměr IIn = 5 a maximaacutelniacute dobu

rozběhu to = 10s Z přiloženeacuteho grafu vypiacutenaciacutech třiacuted pro studenyacute motor určiacuteme požadovanou

třiacutedu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 33

Obr 31 Vypiacutenaciacute třiacutedy pro UMC100-FBP[1]

Z vyacutesledku je patrneacute že motor budeme vypiacutenat proti přetiacuteženiacute podle třiacutedy 5E jelikož křivka

pro 5E je pod maximaacutelniacute dobou rozběhu to = 10s Pokud by došlo ke zvoleniacute např třiacutedy 10E

hrozilo by poškozeniacute motoru jelikož by na motor působilo přetiacuteženiacute delšiacute dobu než je tomu

dovoleno [10]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 34

32 Ochrana při zablokovaneacutem rotoru

V okamžiku připojeniacute motoru na napaacutejeciacute siacuteť se rotor neotaacutečiacute (n = 0 s = 1) Motor je ve

stavu nakraacutetko a jeho proud je omezen pouze ohmickyacutemi odpory a rozptylovyacutemi reaktancemi

vinutiacute Zaacuteběrnyacute proud I1z dosahuje většinou 4 až 10 x většiacutech hodnot než proud jmenovityacute In

Určit velikost tohoto proudu je možneacute ze vztahu 321

radic

kde

U1 - Vstupniacute napětiacute

R1 - Odpor primaacuterniacuteho vinutiacute

Xr1 - Reaktance statoroveacuteho vinutiacute

Xrsquor20 - Reaktance zabrzděneacuteho rotoru

Rlsquo2s - Celkovyacute činnyacute odpor rotoru

RFe - Činnyacute odpor magnetickeacuteho obvodu

Xm - Reaktance magnetickeacuteho obvodu

I1z - Zaacuteběrnyacute proud

Obr 32 Obvodovyacute model asynchronniacuteho motoru pro jednu faacutezi statoroveacuteho vinutiacute ndash nakraacutetko

Velkyacute zatěžovaciacute moment Mz nebo mechanickaacute porucha může zapřiacutečinit zablokovaacuteniacute rotoru

Ochrannaacute funkce detekuje dlouhou počaacutetečniacute situaci kteraacute je praacutevě důsledkem zmiacuteněnyacutech přiacutečin

UMC100 tiacutemto odpojiacute motor od napaacutejeniacute čiacutemž ho ochraacuteniacute od nadměrneacuteho tepelneacuteho namaacutehaacuteniacute

V uživatelskeacutem prostřediacute je možneacute individuaacutelně nastavit jak maximaacutelniacute proud tak i čas po

ktereacutem dojde k odpojeniacute zablokovaneacuteho motoru Pro experimentaacutelniacute použitiacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy je nastavena hodnota poměru pro odpočet a naacutesledneacute odpojeniacute IIn na 300 [1] [9]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 35

33 Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute zabezpečiacute odpojeniacute motoru vyskytne-li se v obvodu většiacute

hodnota proudu než nastavenaacute jmenovitaacute In Bliacuteže tuto funkci představiacute přiloženyacute průběh Funkce

je aktivniacute až po roztočeniacute motoru v okamžiku rozběhu je neaktivniacute

Princip ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Do okamžiku T1 od zapnutiacute klesne zaacuteběrnyacute proud na hodnotu cca Ix = 135 In V časoveacutem

uacuteseku T1 až T2 dochaacuteziacute k naacuterůstu prochaacutezejiacuteciacuteho proudu motorem V okamžiku T2 překročiacute

proud hodnotu Ivar Tiacutemto okamžikem začne odpočet nastaveneacute doby zpožděniacute tvar kteraacute po

uplynutiacute sepne signalizaci varovaacuteniacute nadproudoveacuteho přetiacuteženiacute Odpočet doby tvar narůstaacute je-li

proud motorem I gt Ivar Jakmile proud I ge Iodp dochaacuteziacute k sepnutiacute čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute todp

Platiacute-li podmiacutenka I ge Iodp a dojde k načteniacute hodnoty todp UMC100 odpojiacute motor od napaacutejeniacute a tiacutem

zabraacuteniacute jeho poškozeniacute

Obr 33 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu přetiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash dosaženiacute vysokeacute proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash dosaženiacute hodnoty proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

34 Ochrana při proudoveacutem podtiacuteženiacute

Jakmile hodnota (činneacuteho) proudu klesne pod nastavenou uacuteroveň kteraacute je pro danyacute proces

typickaacute dojde v UMC100 k vybaveniacute ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a motor odpojiacute od

napaacutejeniacute Tato ochrana se předevšiacutem využiacutevaacute pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacute funkce čerpadla když detekuje

ztraacutetu jeho saacuteniacute či pro paacutesoveacute dopravniacuteky ve vyacuterobniacutech provozech Včasneacute varovaacuteniacute a odpojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 36

motoru snižuje zejmeacutena prostoje vyacuteroby Princip varovaacuteniacute a odpojeniacute je představen na

naacutesledujiacuteciacutem průběhu jak tomu bylo u ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Princip ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute zobrazeneacuteho průběhu

Po poklesu aktuaacutelniacuteho proudu v okamžiku T1 motor normaacutelně běžiacute V časoveacutem uacuteseku T1 až

T2 dochaacuteziacute k poklesu proudu pod jmenovitou hodnotu In až na nastavenou hodnotu Ivar Při

dosaženiacute teacuteto hodnoty začne odpočet varovaacuteniacute proudoveacuteho podtiacuteženiacute Nepřesaacutehne-li proud za

dobu kratšiacute než tvar mez Ivar (tzn nevzroste-li se zpět k In) dojde ke spuštěniacute signalizace

proudoveacuteho podtiacuteženiacute Při pokračujiacuteciacutem poklesu proudu jak je patrneacute v časoveacutem intervalu T2-T3

až na mez Iodp dojde k čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute Při překročeniacute nastaveneacute doby todp a za

podmiacutenky že proud I le Iodp UMC100 motor odpojiacute od napaacutejeciacute siacutetě

Obr 34 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash niacutezkaacute proudovaacute uacuteroveň kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash hodnota proudu kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

Popis funkce ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute blokoveacuteho scheacutematu

Signaacutel Istart představuje hodnotu proudu po startu motoru- log 1(tzn Signalizace motoru v

chodu) Tento signaacutel tvořiacute vstup logickeacuteho hradla AND (1) Funkci tohoto hradla znaacutezorňuje

přiloženaacute tabulka Tab 33 Druhyacute vstup signalizuje aktuaacutelniacute hodnotu proudu kteraacute motorem

proteacutekaacute Je-li proud IltIvar detekuje hradlo AND druhou logickou jedničku a hradlo vybaviacute podle

přiloženeacute tabulky Tento signaacutel z hradla aktivuje časovač zpožděniacute varovaacuteniacute Po uplynutiacute

nastaveneacuteho časoveacuteho uacuteseku signalizuje podtiacuteženiacute Dochaacuteziacute-li staacutele k poklesu proudu až do

uacuterovně kdy IltIodp pak na druheacutem logickeacutem hradle AND (2) budou na vstupu log 1 Sepne

čiacutetaacuteniacute zpožděniacute vypnutiacute a po uplynutiacute doby UMC motor vypne

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 37

Obr 35 Blokoveacute scheacutema ochrany proti proudoveacutemu podtiacuteženiacute [1]

Vstup Vyacutestup

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

Tab 33 Princip funkce logickeacuteho hradla AND

341 Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek

Při chodu asynchronniacuteho motoru odebiacuteraacute stroj ze siacutetě jalovyacute proud kteryacute je potřebnyacute pro

vytvořeniacute magnetizace hlavniacuteho magnetickeacuteho obvodu Tento tzv magnetizačniacute proud je

nezaacutevislyacute na zatiacuteženiacute stroje Uplatněniacute nalezne zejmeacutena při chodu napraacutezdno a maleacutem zatiacuteženiacute

kdy je uacutečiniacutek motoru niacutezkyacute Motor maacute tedy nejleacutepe pracovat při plneacutem zatiacuteženiacute[11]

Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek jsou důležiteacute parametry pro detekovaacuteniacute niacutezkeacute zaacutetěže nebo situace bez

zaacutetěže např uzavřenyacute ventil Pomociacute napěťoveacuteho modulu VI15x a UMC je měřeno sdruženeacute

(faacutezoveacute) napětiacute faacutezovyacute proud čili i faacutezovyacute posuv mezi proudem a napětiacutem - cos φ Pomociacute těchto

parametrů je UMC schopneacute analogicky spočiacutetat hodnotu činneacuteho přiacutekonu

radic

Poklesne-li poteacute činnyacute přiacutekon pod nastavenou procentuaacutelniacute hodnotu P (př 85 Pn) motor vypne

tj bude-li PPn le 085

Experimentaacutelniacutem měřeniacutem v raacutemci laboratorniacute uacutelohy byla pomociacute přiacutestroje Yokogawa WT1800

změřena zaacutevislost uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute motoru Z vyacutesledneacuteho grafu (Obr 37) je

patrneacute že se snižovaacuteniacutem zatiacuteženiacute rotoru klesaacute velikost uacutečiniacuteku Naměřeneacute hodnoty pro konstrukci

grafu jsou uvedeny v přiacuteloze

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 38

Obr 36 Charakteristiky asynchronniacuteho motoru při zatiacuteženiacute [11]

Obr 37 Graf zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti P2

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

01

02

03

04

05

06

07

08

09

0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000

P1 [

W]

cos

ϕ [

-]

P2 [W]

P2 P1 Q1

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 39

35 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

Princip ochrany

Je-li poměr nejnižšiacuteho proudu (Imin) a nejvyššiacuteho proudu (Imax) ve faacuteziacutech nad nastavenou

uacuterovniacute pro varovaacuteniacute sepne signalizace ztraacutety faacuteze Jakmile ovšem tento poměr překročiacute

nastavenou hodnotu pro odpojeniacute motoru sepne zpožděniacute vypnutiacute a podle nastaveneacute třiacutedy

přetiacuteženiacute motor po uplynutiacute časoveacuteho intervalu odpojiacute

Funkce faacutezoveacute nesymetrie je aktivniacute pouze tehdy je-li proud ve všech třech faacuteziacutech gt 25 In

(jmenoviteacuteho proudu) [1]

Naacutesledujiacuteciacute rovnice představuje vyacutepočet procentuaacutelniacuteho poměru proudu pro vypnutiacute motoru při

uacuteplneacute ztraacutetě faacuteze

(

)

36 Ochrana sledu faacuteziacute

Ochrana sledu faacuteziacute hliacutedaacute zejmeacutena spraacutevnyacute směr otaacutečeniacute motoru Důležiteacute pro použitiacute teacuteto

ochrany je miacutesto zapojeniacute napěťoveacuteho modulu VI15x Pokud by byl modul zapojen za stykači

nastala by chyba při reverzniacutem zapojeniacute Na stykačiacutech dochaacuteziacute zapojeniacutem k zaacuteměně dvou

faacutezovyacutech vodičů a tiacutem i změně směru otaacutečeniacute motoru UMC s pomociacute VI150 vyhodnotiacute situaci

jako chybovou a vypne motor Napěťovyacute modul se tedy zpravidla umiacutesťuje hned za hlavniacute jistiacuteciacute

prvek viz Obr 44

37 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Jedno z největšiacutech nebezpečiacute pro motor představuje ztraacuteta jedneacute napaacutejeciacute faacuteze Chod na 2

napaacutejeciacute faacuteze zatěžuje motor na tepelneacute uacutečinky proudu vlivem zvyacutešeniacute proudu ve zbylyacutech 2

faacuteziacutech UMC100 v tomto přiacutepadě vypiacutenaacute motor podle předem stanovenyacutech časovyacutech intervalů

Intervaly vypnutiacute jsou stejneacute jako pro ochranu proti proudoveacutemu přetiacuteženiacute (Tab 32) a

odpoviacutedajiacute nastaveneacute třiacutedě přetiacuteženiacute Tuto ochranu dřiacuteve zajišťovalo tepelneacute releacute ktereacute v tomto

přiacutepadě nemusiacute byacutet použito

38 PTC ochrana

381 Termistor

Termistor je polovodičovyacute nelineaacuterniacute dvojpoacutel jehož odpor se měniacute v zaacutevislosti na teplotě

prostřediacute ve ktereacutem pracuje Jeho vyacutehodou je že velmi rychle a citlivě reaguje na změnu teploty

Rozlišujeme zpravidla 2 druhy termistorů

1 NTC (Negative Temperature Coefficient) - termistor se zaacutepornyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou klesaacute jeho odpor (roste elektrickaacute vodivost a proud)

2 PTC (Positive Temperature Coefficient) ndash termistor s kladnyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou jeho odpor roste

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 40

Obr 38 Zaacutevislost odporu termistoru na teplotě

Použitiacute termistorů

NTC termistory se použiacutevajiacute zpravidla k měřeniacute teploty PTC se nejčastěji využiacutevaacute

v kuchyňskyacutech spotřebičiacutech kde je požadovaacutena konstantniacute teplota v termostatech a pro hliacutedaacuteniacute

teploty vinutiacute motorů

382 Princip PTC ochrany v UMC

Ochrana obecně spadaacute do skupiny proudově nezaacutevislyacutech ochran Pro připojeniacute PTC

termistoru sloužiacute na UMC100 svorky s označeniacutem T1 a T2 PTC zvyšuje svůj odpor s rostouciacute

teplotou proto je možneacute ho použiacutet pro hliacutedaacuteniacute teploty např vinutiacute statoru UMC je schopneacute

vyhodnotit tuto změnu odporu a vydaacute signaacutel k odpojeniacute motoru od siacutetě [7]

39 Ochrana při zemniacutem spojeniacute

Ochrana při zemniacutem spojeniacute spočiacutevaacute v ochraně motoru siacutetě a technologie při nežaacutedouciacutech

vlivech způsobenyacutech zejmeacutena staacuternutiacutem izolace a jejiacutem zhoršenyacutem izolačniacutem uacutečinkem

Naacutesledkem přetěžovaacuteniacute vedeniacute vlhkostiacute kondenzaciacute vody v elektrickeacutem zařiacutezeniacute nebo vrstvou

vodiveacuteho prachu jsou praacutevě zhoršeneacute vlastnosti izolačniacuteho materiaacutelu To vede k nechtěneacutemu

zemniacutemu spojeniacute Zemniacute spojeniacute je monitorovaacuteno pomociacute UMC spolu se zařiacutezeniacutem CEM11 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 41

DEMONSTRAČNIacute PŘIacutePRAVEK 4

41 Naacutevrh přiacutepravku

Pro demonstraci UMC100 a dalšiacutech prvků řady produktů od společnosti ABB sro byl

navržen přiacutepravek pomociacute software AutoCAD a Inventor Professional kteryacute byl poteacute zrealizovaacuten

a oživen Nosnaacute konstrukce (Obr 41) je vyrobena z jӓckelu o rozměru 25x25mm

Obr 41 Nosnaacute konstrukce

Čelniacute panel tvořiacute plech s rozměry 500x400mm a tloušťky 2mm Plech je osazen

rozvaděčovyacutemi kanaacutely 25x60mm a všemi potřebnyacutemi komponentami pro realizaci zapojeniacute

Vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho panelu s otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky a ovlaacutedaciacute tlačiacutetka motoru je na

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

Seznam použityacutech komponent Vyacuterobce

3-poacutelovyacute jistič C16 OEZ

Pojistkoveacute pouzdro RSP 4 Elektro Bečov

Komunikačniacute modul MTQ22-FBP ABB

Motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP ABB

Napěťovyacute modul VI150-FBP ABB

Rozšiřovaciacute modul DX122-FBP ABB

Ministykač LC1K09(LC1K12) Schneider Electric

Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A ABB

Rozvaděčovyacute kanaacutel 25x60mm KOPOS

Přiacutestrojoveacute zdiacuteřky 4mm do panelu AMASS

Tlačiacutetka do panelu 250V1A JIETONG

Tab 41 Seznam použityacutech komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 42

Pro konstrukci je důležiteacute aby navrženyacute panel rozměrově odpoviacutedal všem potřebnyacutem přiacutestrojům

a modulům Pro tuto přiacuteležitost je pomociacute software AutoCAD vytvořen vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho

panelu Obr 43 kteryacute je konstruovaacuten

Navrženyacute nosnyacute plech tloušťky 2mm na ktereacutem jsou umiacutestěny veškereacute komponenty Obr 42

Ve vrchniacute polovině plechu jsou vyvrtaacuteny otvory o průměru 4mm sloužiacuteciacute pro uchyceniacute

rozvaděčoveacuteho kanaacutelu a DIN lišty Ve středniacute čaacutesti plechu jsou 4 průvlečneacute otvory určeneacute k

průchodu vodičů ze zadniacute čaacutesti plechu (od napaacutejeciacutech svorek) do rozvaděčoveacuteho kanaacutelu na straně

předniacute Pro tuto potřebu jsou stejneacute otvory vyvrtaacuteny takeacute do dna kanaacutelu Ve spodniacute čaacutesti jsou

otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky pomociacute kteryacutech je zajištěno napaacutejeniacute panelu a poteacute napaacutejeniacute motoru

a 3 otvory na ovlaacutedaciacute tlačiacutetka k zajištěniacute ovlaacutedaacuteniacute motoru Uchyceniacute plechu k nosneacute konstrukci

je provedeno samořeznyacutemi šroubky M5 v roziacutech plechu

Obr 42 Naacutevrh plechu panelu

Vyacutekres plechu s udaacuteniacutem koacutet je obsažen v přiacuteloze praacutece viz Obr 01

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 43

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 44

42 Scheacutema zapojeniacute přiacutepravku

Demonstračniacute panel je uzpůsoben pro reverzniacute chod trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 44 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho přiacutepravku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 45

43 Vyacuteslednyacute přiacutepravek

Vyacuteslednyacute osazenyacute a zapojenyacute přiacutepravek určenyacute pro laboratorniacute uacutelohu doplněnyacute vhodnyacutemi

štiacutetky pro ovlaacutedaacuteniacute a zapojeniacute napaacutejeciacute siacutetě (VSTUP) a motoru (VYacuteSTUP)

Obr 45 Demonstračniacute přiacutepravek

Zadniacute čaacutest panelu s izolovaacuteniacutem konektorů FASTON pomociacute teplem smrštitelneacute bužiacuterky před

nebezpečnyacutem dotykem živeacute čaacutesti

Obr 46 Zadniacute pohled

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 46

44 Demonstračniacute kufr pro ABB

Pro společnost ABB sro byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 prezentujiacuteciacute

jeho možnosti Zaacutekladniacutem požadavkem naacutevrhu bylo řešeniacute pomociacute jednofaacutezoveacuteho napaacutejeniacute

Jelikož UMC100 je uzpůsobeno pro chod trojfaacutezovyacutech motorů je použit frekvenčniacute měnič

ACS50 kteryacute nabiacuteziacute při napaacutejeniacute pomociacute jednofaacutezoveacute siacutetě na sveacutem vyacutestupu napětiacute 3x230V50Hz

Pro digitaacutelniacute vstupy UMC100 a rozšiřovaciacuteho modulu DX111 je navrženo použitiacute dvoupoacutelovyacutech

paacutečkovyacutech přepiacutenačů s funkciacute (ON)-OFF-ON s napětiacutem 24V DC K signalizaci aktivniacutech vstupů

a vyacutestupů je navrženo použitiacute zelenyacutech signaacutelek Ovlaacutedaciacute panel kufru obsahuje spiacutenače pro

simulaci ztraacutety napaacutejeciacute faacuteze motoru potenciometr k simulaci faacutezoveacute nesymetrie daacutele červenou

signaacutelku pro signalizaci poruchovyacutech stavů a žlutou pro chod motoru Všechny přepiacutenače a

signaacutelky jsou přiacutestupneacute uživateli prostřednictviacutem navrženeacuteho ovlaacutedaciacuteho panelu kteryacute současně

posloužiacute jako kryt kufru (Obr 02) Jelikož pro přenosnyacute kufr neniacute nejvhodnějšiacute použitiacute

asynchronniacuteho motoru je proto použit 6-poacutelovyacute synchronniacute motor s přiacutekonem 23VA

vyacutestupniacutem vyacutekonem 105W a jmenovityacutem proudem 100mA

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 47

Obr 47 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho kufru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 48

SIMULACE OCHRAN 5Kapitola obsahuje soupis simulaciacute ochran ktereacute jsou demonstrovaacuteny v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jež se zabyacutevaacute problematikou UMC100 Z širokeacute škaacutely ochran jsou vybraacuteny 4 situace ktereacute

se v průmyslu často vyskytujiacute

51 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

K nasimulovaacuteniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii je použit posuvnyacute potenciometr kteryacute je

připojen na svorky (12) Pomociacute potenciometru bude snižovaacutena velikost napětiacute na přiacutevodniacute faacutezi

do motoru (L1) Pro demonstraci ochrany je použit napěťovyacute modul VI150 spolu s UMC100 Na

svorky modulu označeneacute (L1L2 a L3) jsou přivedeny faacuteze v uvedeneacutem sledu Při zvyšovaacuteniacute

odporu rezistoru ve faacutezi dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute napětiacute na přiacutevodniacute svorce (L1) vlivem rostouciacuteho

uacutebytku napětiacute na daneacutem rezistoru Je-li napěťovyacute modul propojen vodičem s UMC a je-li spraacutevně

nastaven UMC vyhodnotiacute po určiteacutem poklesu napětiacute a naacuterůstu proudu ve zbylyacutech dvou faacuteziacutech

(L2 a L3) jako chybovou a vybaviacute Nejprve bude vybaveno varovaacuteniacute a poteacute dojde k odpojeniacute

motoru

52 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze je motor vystaven vysokeacutemu riziku což většinou vede k jeho

zničeniacute Demonstrace ochrany proběhne uacuteplnyacutem odpojeniacutem napaacutejeciacute faacuteze L2 Pro vybaveniacute

ochrany neniacute zapotřebiacute aby byl motor v chodu neboť použitiacute napěťoveacuteho modulu VI150

detekuje nepřiacutetomnost napětiacute faacuteze a vybaviacute Při chodu motoru ochrana vybaviacute od 15s pro třiacutedu

5E a do 12s pro 40E podle nastaveneacute třiacutedy přetiacuteženiacute viz Tab 32 Princip funkce při chodu

motoru spočiacutevaacute v porovnaacuteniacute nejvyššiacute a nejnižšiacute naměřeneacute hodnoty faacutezoveacuteho proudu s

nastavenyacutemi uacuterovněmi Vyacutehodou je že signalizuje varovaacuteniacute ještě před samotnyacutem spuštěniacutem

motoru kdy může nastat stav že je přepaacutelena pojistka a obsluha toto nezaznamenala Mimo

přepaacuteleneacute pojistky se může takeacute jednat o uvolněnyacute nebo opotřebenyacute kontakt

53 Ochrana sledu faacuteziacute

Pro spraacutevnyacute chod motoru a diagnostiku pomociacute kontroleacuteru s použitiacutem napěťoveacuteho modulu je

zapotřebiacute dodržet sled faacuteziacute tzn Faacutezovyacute vodič L1rarrsvorka L1 L2 rarrsvorka L3 a L3rarrsvorka L3

Při zaacuteměně některyacutech faacutezovyacutech vodičů neprodleně vybaviacute ochrana sledu faacuteziacute a neniacute dovoleno

spuštěniacute motoru do okamžiku dokud neniacute obsluhou tento probleacutem vyřešen

54 PTC ochrana

Pro vyhodnocovaacuteniacute teploty vinutiacute statoru motoru sloužiacute termistor PTC Při zvyacutešeniacute teploty

nastaacutevaacute zvyacutešeniacute odporu termistoru (viz Obr 38) a motor odpojiacute Udaacutevanaacute odezva UMC na

změnu odporu je v rozmeziacute R = 34-38kΩ

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 49

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany

Z důvodu ochrany motoru neniacute vhodneacute vystavovat motor zvyacutešeneacute teplotě pro nastiacuteněniacute funkce

PTC ochrany Pro tento uacutečel posloužiacute zhotovenyacute box osazenyacute lineaacuterniacutem potenciometrem

s hodnotou odporu 25kΩ jemuž jsou předřazeny odpory 1kΩ a 330Ω

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 50

LABORATORNIacute UacuteLOHA 6

61 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100

Uacutekolem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute řiacutediacuteciacute a kontrolniacute jednotkou pro

provoz trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru UMC100

Motorovyacute kontroleacuter nabiacuteziacute 3 releacuteoveacute vyacutestupy Tyto vyacutestupy jsou připojitelneacute na napětiacute 230V AC s

maximaacutelniacutem proudem 1A Releacuteoveacute vyacutestupy sloužiacute zejmeacutena pro připojeniacute budiacuteciacutech ciacutevek stykačů

Hlavniacute vstupy jsou tvořeny seacuteriiacute svorek jež je umiacutestěnaacute ve spodniacute čaacutesti kontroleacuteru Svorky nesou

označeniacute (DI0 DI1 hellip DI5) Tyto digitaacutelniacute vstupy pracujiacute s napětiacutem 24V DC a sloužiacute pro

připojeniacute ovlaacutedaciacutech tlačiacutetek jako start motoru stop motoru reverzaci rozběh hvězda-trojuacutehelniacutek

nebo např použitiacute vstupu pro koncovyacute spiacutenač pro připojeniacute pomocnyacutech kontaktů stykačů či

funkci aktuaacutetor kdy je ovlaacutedaacuten pohon ventilu Vše podle nastaveniacute uživatele a pracovniacuteho

procesu Vedle hlavniacutech vstupniacutech kontaktů se nachaacuteziacute takeacute jeden vyacutestupniacute s označeniacutem (DO3)

Tento digitaacutelniacute vyacutestup lze využiacutet k připojeniacute 24V DC signalizačniacute kontrolky pro chybovaacute hlaacutešeniacute

modulu UMC100 nabiacuteziacute integrovanyacute vstup pro připojeniacute PTC termistoru Diacuteky PTC jsme

schopni hliacutedat teplotu statoroveacuteho vinutiacute a předejiacutet tiacutem zaacutevažneacutemu poškozeniacute motoru

Hlavniacute obvod

Měřeniacute proudu faacutezovyacutemi vodiči je řešeno pomociacute 3 průvlečnyacutech ok integrovanyacutech v modulu

Tato průvlečnaacute oka jsou měřiacuteciacutemi transformaacutetory proudu navinutyacutemi na toroidniacutem jaacutedře Diacuteky

těmto transformaacutetorům je kontroleacuter schopnyacute měřit proud v rozsahu 024 až 63A Pro vyššiacute

hodnoty proudů až 850A se použiacutevaacute externiacute proudovyacute transformaacutetor

Možnost rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru

UMC se v průmyslovyacutech aplikaciacutech nejčastěji použiacutevaacute s využitiacutem napěťoveacuteho a rozšiřovaciacuteho

(vstupně-vyacutestupniacuteho) modulu Pro laboratorniacute uacutelohu je použit napěťovyacute modul VI150 a

rozšiřovaciacute modul DX122 jenž jsou připojeny k UMC pomociacute UMCIO-CAB přes svorky

s označeniacutem Ca a Cb

Napěťovyacute modul VI150

K demonstraci kontroleacuteru je použit modul s označeniacutem VI150 Zařiacutezeniacute disponuje konektory pro

připojeniacute faacutezovyacutech vodičů (L1 L2 a L3) a je schopneacute měřit hodnotu sdruženeacuteho napětiacute siacutetě

S naměřenyacutemi hodnotami faacutezoveacuteho proudu pomociacute UMC dostaacutevaacuteme takeacute hodnotu faacutezoveacuteho

posuvu mezi napětiacutem a proudem tedy uacutečiniacuteku cos φ Z těchto naměřenyacutech parametrů vypočiacutetaacute

řiacutediacuteciacute jednotka kontroleacuteru činnyacute přiacutekon Ovšem pro spraacutevnou detekci napětiacute je nutneacute dodržet

zapojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 51

Vstupně-vyacutestupniacute modul DX122

Modul umožňuje rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru o dalšiacutech 8 digitaacutelniacutech vstupů na napětiacute 110-230V AC 4

releacuteoveacute vyacutestupy a 1 analogovyacute vyacutestup Pomociacute programu ABB Asset Vision Basic je možneacute

přiacutemeacute přiřazeniacute parametrů a programovaacuteniacute UMC100 a takeacute všech zařiacutezeniacute kteraacute jsou vybavena

DTM (Device Type Manager)- naacutestroj pro konfiguraci a spraacutevu zařiacutezeniacute

Komunikačniacute modul MTQ22

O komunikaci mezi UMC a PC se staraacute modul MTQ22 V software vytvořeneacutem pomociacute

vyacutevojoveacuteho prostřediacute LabVIEW lze sledovat aktuaacutelniacute měřeneacute veličiny zobrazenaacute varovaacuteniacute

poruchovyacutech stavů informace o stavu vstupů a vyacutestupů apod

Napaacutejeciacute zdroj

Napaacutejeniacute modulů zajišťuje zdroj CP-D 2413A s regulaciacute vyacutestupniacuteho napětiacute Regulace je možnaacute

v rozpětiacute 24-28V DC Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute zdroje je umožněna z důvodu požadavku

přesneacuteho napětiacute 24V DC Vlivem zatiacuteženiacute (napaacutejeniacute UMC VI a DX) vyacutestupniacute napětiacute zdroje klesaacute

podle zatěžovaciacute charakteristiky přiacuteslušneacuteho zdroje CP-D sloužiacute takeacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacutech

vstupů UMC

Ochranneacute funkce

UMC nenabiacuteziacute pouze možnost měřeniacute faacutezoveacuteho proudu ale takeacute řadu ochran při poruchovyacutech

stavech provozu Nejčastěji v praxi využiacutevanaacute ochrana je ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute kteraacute

je doprovaacutezena varovnou signalizaciacute nastaacutevajiacuteciacute poruchy

Ochrana motoru při proudoveacutem podtiacuteženiacute pracuje na obdobneacutem principu jako předchoziacute ochrana

Kontroleacuter monitoruje hladinu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu Při jeho poklesu pod nastavenou

uacuteroveň maximaacutelniacuteho dovoleneacuteho poklesu (udaacutevaneacute relativně v k jmenoviteacutemu In) dochaacuteziacute k

signalizaci chyby a odpojeniacute motoru od siacutetě

PTC ochrana spočiacutevaacute v hliacutedaacuteniacute teploty statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru pomociacute PTC

termistoru V našem přiacutepadě je použito lineaacuterniacuteho potenciometru kdy se zvyšujiacuteciacutem se odporem

potenciometru simulujeme zvyšujiacuteciacute se teplotu statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru

Při ztraacutetě některeacute napaacutejeciacute faacuteze motoru dochaacuteziacute k okamžiteacutemu blokovaacuteniacute startu motoru

Ochrana sledu faacuteziacute zajistiacute spraacutevneacute zapojeniacute vodičů L1 L2 a L3 ktereacute je slučitelneacute s nastaveniacutem v

UMC

Vlivem přerušovaneacuteho provozu např S3 kdy nedochaacuteziacute v době klidu a odpojeniacute motoru k

poklesu teploty na teplotu okoliacute může vybavit Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute - Thermal

Overload Protection (TOL)

Zablokovaniacute rotoru byacutevaacute způsobeno přiacuteliš vysokyacutem zaacutetěžnyacutem momentem Mz na hřiacutedeli motoru

nebo mechanickou poruchou Kontroleacuter je při startu schopen detekovat tento stav

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 52

62 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute uacutelohy a scheacutema zapojeniacute panelu

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 53

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 54

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha

Štiacutetek použiteacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 64 Štiacutetek motoru

63 Popis scheacutematu zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

Na vstupniacute svorky s označeniacutem VSTUP (L1 L2 L3 N PE) jsou přivedeny přiacuteslušneacute vodiče

z pracovniacuteho stolu Hlavniacute 16A jistič s vypiacutenaciacute charakteristikou typu C sloužiacute pro jištěniacute siloveacute

čaacutesti obvodu Pro jištěniacute napaacutejeciacuteho zdroje CP-D sloužiacute tavnaacute pojistka 2T250V Napěťoveacute

vstupy na modul VI150 jsou jištěny tavnou pojistkou F125250V Posuvnyacute potenciometr

umiacutestěnyacute na faacutezoveacutem vodiči L1 sloužiacute k demonstraci ochrany při faacutezoveacute nesymetrii

Komunikačniacute modul MTQ22 zajišťuje komunikaci mezi UMC a PC kdy prostřednictviacutem

Ethernetoveacute siacutetě jsme schopni čiacutest měřeneacute veličiny

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 55

64 Pracovniacute postup

1 Seznamte se s kontroleacuterem UMC100 a ostatniacutemi komponenty použityacutemi pro laboratorniacute

uacutelohu a se scheacutematem zapojeniacute uacutelohy

2 Připojte elektromotor a vstupniacute svorky na přiacuteslušneacute zdiacuteřky Před připojeniacutem vyacutekonoveacuteho

potenciometru ověřte měřeniacutem jeho minimaacutelniacute a maximaacutelniacute hodnotu odporu a

poznamenejte si je

3 Připojte potenciometr na určeneacute zdiacuteřky označeneacute čiacutesly 1 a 2 a nastavte hodnotu odporu

4 Po kontrole zapojeniacute vyučujiacuteciacutem zapněte pracoviště a nastavte autotransformaacutetor na 100

vyacutestupniacuteho napětiacute Zapněte hlavniacute jistič Kontrola a nastaveniacute komunikace mezi UMC

DX a VI

Nastaveniacute Komunikace se provede přes LCD displej naacutesledujiacuteciacutem způsobem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on

5 Stiskem tlačiacutetka VPŘED nebo VZAD na panelu uvedeme motor do chodu Pro přechod

z jednoho směru do druheacuteho je nutneacute nejprve zastavit motor tlačiacutetkem STOP Při

zastaveniacute je kontroleacuterem motor blokovaacuten po dobu 3s před dalšiacutem spuštěniacutem z důvodu

doběhu motoru Pohybem tlačiacutetek nahoru dolů pomociacute LCD v hlavniacute nabiacutedce - UMC -

můžeme sledovat aktuaacutelniacute proud motoru sdruženeacute napětiacute odebiacuteranyacute přiacutekon ze siacutetě

uacutečiniacutekhellip

6 Při provaacuteděniacute uacutelohy na brzdě (dynamometru) ověřte funkci ochrany při zablokovaacuteniacute

rotoru funkci ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a proudoveacutem přetiacuteženiacute

7 Při vybaveniacute každeacute z ochran zaznamenejte hodnotu kdy vypnula Před novyacutem startem je

důležiteacute přečiacutest zaacuteznam důvodu poruchy a proveacutest reset na panelu UMC100-PAN jinak je

START blokovaacuten

65 Měřeniacute

OCHRANA PŘED PŘEHŘAacuteTIacuteM MOTORU

Potenciometrem označenyacutem PTC je zvyšovaacutena hodnotu odporu do okamžiku kdy dojde

k odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě zapůsobeniacutem PTC ochrany Hodnota odporu potenciometru

při vybaveniacute ochrany je určena měřeniacutem na 341kΩ Odpoviacutedajiacuteciacute hodnotu teploty motoru

odečteme z grafu a hodnoty odporu potenciometru při vypnutiacute

Do tabulky zapište změřenou hodnotu odporu potenciometru při vypnutiacute Při teacuteto hodnotě odporu

odečtěte teplotu motoru z grafu Ziacuteskanou teplotu porovnejte s vypočtenou teplotou motoru

Tabulka naměřenyacutech a vypočtenyacutech hodnot

R ϑg R0 ϑ

[Ω] [degC] [Ω] [degC]

3410 136 1320 13626

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 56

Vyacutepočet vychaacuteziacute ze vztahu pro zaacutevislost elektrickeacuteho odporu vodiče na teplotě

(651)

kde

(652)

Po uacutepravě pak

α - teplotniacute součinitel elektrickeacuteho odporu (K-1

) (α = 001162 K-1

)

R0 - odpor potenciometru v zaacutekladniacute poloze

R - odpor potenciometru při vybaveniacute ochrany

ϑg - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute odečtenaacute z grafu

ϑ - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute ndash vypočtenaacute

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

R [

Ω]

ϑ [degC]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 57

Vinutiacute motoru je izolovaacuteno izolaciacute třiacutedy F (155)

Třiacuteda izolace A E B F H

Okolniacute teplota [degC] 40 40 40 40 40

Povolenyacute naacuterůst teploty [degC] 60 75 80 105 125

Teplotniacute rezerva 5 5 10 10 15

Konečnaacute teplota 105 120 130 155 180

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru [12]

OCHRANA PŘED NESPRAacuteVNYacuteM SLEDEM FAacuteZIacute

Nedodrženiacutem sledu napaacutejeciacutech faacutezovyacutech vodičů (zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů svorek L2 a L3)

jak je nastaveno v UMC provaacutediacute napěťovyacute modul blokaci startu motoru V tomto přiacutepadě

vybavuje neprodleně ochrana sledu faacuteziacute ndashPhase sequence Funkci zaznamenejte do protokolu

OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII

Zvyšovaacuteniacutem odporu vyacutekonoveacuteho potenciometru zapojeneacuteho ve faacutezi L1 (viz scheacutema zapojeniacute

uacutelohy) dochaacuteziacute k simulaci faacutezoveacute nesymetrie siacutetě Motor je odpojen v okamžiku kdy poklesne

hodnota sdruženeacuteho napětiacute mezi faacutezemi L3 a L1 přibližně na hodnotu Us = 380V Velikost

odporu při vybaveniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii činiacute 101Ω Hodnotu nesymetrie zaznamenejte

do protokolu

OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE

Ztraacuteta faacuteze se realizuje pomociacute spiacutenače v pracovniacutem stole kdy odpojiacuteme napaacutejeciacute faacutezi Změřte

čas od odpojeniacute faacuteze L2 do vybaveniacute ochrany při ztraacutetě faacuteze a poznamenejte do protokolu

66 Demonstrace ochran při použitiacute dynamometru

OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU

K testu ochrany při zablokovaacuteniacute rotoru posloužiacute dynamometr jehož hřiacutedel je spojenaacute se hřiacutedeliacute

asynchronniacuteho motoru pomociacute spojky Hřiacutedel dynamometru je poteacute mechanicky zablokovaacutena

Stiskem přiacuteslušneacuteho tlačiacutetka je proveden start motoru a sledovaacuten proud při odpojeniacute motoru od

siacutetě a čas odpojeniacute Proud při vybaveniacute ochrany při mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru dosaacutehl

hodnoty 1978A což odpoviacutedaacute 582In

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute ndash (High current protection)

Pro simulaci proudoveacuteho přetiacuteženiacute maacuteme nastavenou hodnotu odebiacuteraneacuteho proudu na 130 pro

odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě Snižovaacuteniacutem jmenovityacutech otaacuteček motoru pomociacute dynamometru

(bržděniacutem tzn n rarr 0) dochaacuteziacute k naacuterůstu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu I Odpojeniacute nastalo při

odebiacuteraneacutem proudu 447A Nastaveneacute hodnotě (13In ) naacuteležiacute proud 442A Tiacutem lze konstatovat

že vyacutesledek měřeniacute je srovnatelnyacute s hodnotami uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute

Stav proudoveacuteho podtiacuteženiacute nedostatečneacuteho proudoveacuteho zatiacuteženiacute použiacutevanyacute zejmeacutena u čerpadel

je simulovaacuten pomociacute dynamometru kdy je nastavenaacute hodnota poklesu aktuaacutelniacuteho proudu na

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 58

085In a čas odpojeniacute od siacutetě na 10s Po roztočeniacute a zatiacuteženiacute motoru na hodnotu jmenoviteacuteho

proudu jsou pomociacute dynamometru zvyšovaacuteny otaacutečky motoru n Tento proces maacute za naacutesledek

snižovaacuteniacute aktuaacutelniacuteho proteacutekaneacuteho proudu I kdy motor ztraacuteciacute zatiacuteženiacute Nastaveneacute hodnotě

podtiacuteženiacute odpoviacutedaacute aktuaacutelniacute proud 289A Při dosaženiacute teacuteto uacuterovně je spuštěn odpočet a motor za

10s odpojen

67 Vyhodnoceniacute a zaacutevěr

Vyacutesledkem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute technologiiacute pro diagnostiku

veličin při chodu trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru Při demonstračniacute simulaci ochran byly

dosaženy naacutesledujiacuteciacute vyacutesledky PTC ochrana vybavuje při hodnotě odporu 341kΩ Tato hodnota

odpoviacutedaacute teplotě ϑg = 136degC odečteneacute z grafu Vypočtenaacute teplota ϑ = 13626degC Vyacuterobce uvaacutediacute

zapůsobeniacute ochrany při hodnotě odporu v rozsahu 34-38kΩ Zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů L2 a

L3 proběhla okamžitaacute blokace spuštěniacute motoru Faacutezovaacute nesymetrie vybavila při poklesu napětiacute o

5 Ztraacutetou napaacutejeciacute faacuteze proběhlo odpojeniacute motoru v čase t = 15s Čas odpojeniacute odpoviacutedaacute třiacutedě

přetiacuteženiacute 5E kteraacute je nastavena

Při testu za použitiacute dynamometru bylo zjištěno že při zablokovaneacutem rotoru motoru zapůsobil

kontroleacuter při nastaveneacutem přetiacuteženiacute 3In Teacuteto hodnotě naacuteležiacute proud 102A Jelikož je nastavena

třiacuteda přetiacuteženiacute 5E ktereacute naacuteležiacute interval 15s a poteacute odpojeniacute motoru tak během tohoto okamžiku

vzrostla hodnota proudu na 1978A což odpoviacutedaacute 582In Při proudoveacutem přetiacuteženiacute odpoviacutedaly

vyacutesledky měřeniacute nastaveneacute hodnotě přetiacuteženiacute 13In Ve stavu proudoveacuteho podtiacuteženiacute zapůsobila

ochrana spraacutevně dle nastaveneacuteho poklesu proudu na 085In

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 22: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 22

4 svorky pro připojeniacute napaacutejeciacuteho napětiacute 24VDC

5 3 stavoveacute LED

zelenaacute - zařiacutezeniacute připraveno

žlutaacute - varovaacuteniacute

červenaacute - porucha zařiacutezeniacute

6 popisovyacute štiacutetek

233 DX111-FBP

Modulaacuterniacute zařiacutezeniacute umožňujiacuteciacute rozšiacuteřeniacute UMC100 o dalšiacute pomocneacute vstupy a vyacutestupy

použitelneacute pro různaacute hlaacutešeniacute a vyacutestrahy Digitaacutelniacute vstupy jsou potenciaacuteloveacute s napětiacutem 24V DC

Proto je nutneacute pro ovlaacutedaciacute obvody dodržet napětiacute 24V DC nebo bezpotenciaacuteloveacute kontakty (tj

releacute) připojeneacute ze svorky +24V

Rozšiřovaciacute modul DX111-FBP nabiacuteziacute množstviacute vstupů a vyacutestupů uvedenyacutech v (Tab 21)

Vstupy 8 digitaacutelniacutech vstupů 24V DC

Vyacutestupy 4 releacuteoveacute vyacutestupy

1 analogovyacute vyacutestup

Vstupniacute napětiacute 24V DC

Vstupniacute proud 60 mA

Logickaacute 0 -312hellip+5V DC

helliphelliphelliphellipcv1 +15hellip+312V DC

Tab 21 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX111-FBP [1]

234 DX122-FBP

Multifunkčniacute modul DX122-FBP maacute srovnatelneacute vlastnosti jako předešlaacute DX111 ovšem

rozdiacutel je v tom že DX122 nabiacuteziacute osm digitaacutelniacutech vstupů pro napětiacute 110V až 230V AC

Vstupy 8 digitaacutelniacutech vstupů 110-230V AC

Vyacutestupy 4 releacuteoveacute vyacutestupy

1 analogovyacute vyacutestup

Vstupniacute napětiacute 110V AChellip 240V AC

Vstupniacute proud 60 mA

Logickaacute 0 0hellip 40V AC

helliphelliphelliphelliphellip 1 74hellip 265V AC

Tab 22 Zaacutekladniacute parametry rozšiřovaciacuteho modulu DX122-FBP [1]

Pomocnyacute rozšiřovaciacute modul se k UMC100 připojiacute na svorky Ca a Cb patrneacute na (Obr 21)

Připojeniacute lze proveacutest prostou kroucenou dvoulinkou Vzhledem k omezenyacutem prostoraacutem

rozvaacuteděčů kam je UMC100 instalovaacuteno je možneacute připojit rozšiřovaciacute modul odděleně od

kontroleacuteru a to až do vzdaacutelenosti maximaacutelniacute deacutelky 3m [1] [5]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 23

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezek (Obr 26) opět popisuje svorky a monitorovaciacute prvky DX122

Obr 26 Vnějšiacute popis IO modulu DX122-FBP pro UMC100-FBP

1 releacuteoveacute vyacutestupy (čaacutest 1)

2 releacuteoveacute vyacutestupy (čaacutest 2)

3 analogovyacute vyacutestup

4 komunikačniacute port s UMC

5 popisovyacute štiacutetek

6 digitaacutelniacute vstupy (110V AC- 230V AC)

7 3 stavoveacute LED

zelenaacute ndash zařiacutezeniacute v provozu

žlutaacute ndash vyacutestraha

červenaacute ndash porucha modulu

8 svorky pro napaacutejeniacute 24 V DC

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 24

24 Proudovyacute měřiacuteciacute transformaacutetor

Proudoveacute měřiacuteciacute transformaacutetory sloužiacute pro měřeniacute většiacutech hodnot střiacutedavyacutech proudů než je

dovoleno měřiacuteciacutem přiacutestrojem a takeacute ke galvanickeacutemu odděleniacute vedeniacute od měřiacuteciacuteho přiacutestroje

Funkce je založena na principu elektromagnetickeacute indukce Primaacuterniacute vinutiacute je tvořeno silovyacutem

vodičem měřeneacuteho vedeniacute Průchodem proudu primaacuterniacutem vedeniacutem se v magnetickeacutem obvodu

(jaacutedru) vytvaacuteřiacute magnetickyacute tok Φ a na zaacutekladě Faradayova zaacutekona elektromagnetickeacute indukce se

v sekundaacuterniacutem vinutiacute indukuje napětiacute Na sekundaacuterniacute vinutiacute je připojena měřiacuteciacute soustava

Obr 27 Magnetizačniacute charakteristika feromagnetickeacuteho materiaacutelu

Z průběhu magnetizačniacute charakteristiky feromagnetickeacuteho materiaacutelu (zaacutevislosti magnetickeacute

indukce na intenzitě magnetickeacuteho pole ) je patrnyacute stav kdy dojde k nasyceniacute magnetickeacuteho

obvodu transformaacutetoru Při nasyceniacute dochaacuteziacute ke změně vlastnostiacute feromagnetickeacuteho materiaacutelu

a křivka se od lineaacuterniacuteho průběhu odklaacuteniacute (tzv koleno magnetizačniacute křivky)

Obr 28 Měřiacuteciacute transformaacutetor proudu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 25

241 Externiacute proudovyacute transformaacutetor CTs

Externiacute přiacutestrojovyacute transformaacutetor proudu (daacutele jen PTP) se použiacutevaacute v přiacutepadě je-li jmenovityacute

proud motoru vyššiacute než 63A tzn sloužiacute k přizpůsobeniacute proudoveacuteho rozsahu na hodnotu kterou

je schopno UMC změřit UMC100 je schopneacute pracovat pomociacute sveacuteho vnitřniacuteho transformaacutetoru

proudu s proudem 024A až 63A Použitiacutem externiacuteho proudoveacuteho transformaacutetoru je možneacute měřit

až do hodnoty 850A PTP k UMC100 majiacute převod 1854 3104 5004 a 8504 Sekundaacuterniacutemu

vinutiacute odpoviacutedajiacute 4A což uvaacutediacute popis jednotlivyacutech typů proudovyacutech transformaacutetorů uvedenyacutech v

Tab 23 (čiacuteslo uvedeneacute za lomiacutetkem) např CTxLxxxR4 PTP maacute definovanou třiacutedu přesnosti

3 v celeacutem rozsahu měřeneacuteho proudu K nasyceniacute magnetickeacuteho obvodu transformaacutetoru dochaacuteziacute

přibližně při osminaacutesobku jmenoviteacuteho proudu In Transformaacutetor je navržen s třiacutedou přesnosti

5P10 to znamenaacute že je deklarovaacutena průměrnaacute chyba menšiacute než 5 při 10 naacutesobku jmenoviteacute

hodnoty proudu

Typ Rozsah měřeneacuteho proudu

[A] Max proud CT

[A]

CT4L185R4 60 až 185 1480

CT4L310R4 180 až 310 2480

CT5L500R4 300 až 500 4000

CT5L850R4 500 až 850 6800

Tab 23 Typy externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů s měřenyacutem rozsahem proudu [1]

Přiacuteklad zvoleniacute přiacuteslušneacuteho proudoveacuteho transformaacutetoru

Maacuteme-li asynchronniacute motor se jmenovityacutem proudem napřiacuteklad In =190 A a rozběhovyacutem proudem

pak

(241)

Podle jmenoviteacuteho proudu motoru In ležiacuteciacuteho v rozsahu měřeneacuteho proudu přiacuteslušneacuteho CT

určiacuteme typ CT Nachaacuteziacute-li se jmenovityacute proud na mezi některeacuteho z měřenyacutech rozsahů CT voliacute se

takovyacute transformaacutetor kteryacute maacute většiacute hodnotu maximaacutelniacuteho proudu než vyacuteslednyacute proud

vypočtenyacute Pro přiacutepad kdy In = 190 A je zvolenyacute typ CT4L310R4 Maximaacutelniacute proud Imax splňuje

požadavek kdy Imax lt max proud CT [1]

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezky představujiacute konstrukce externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 26

Obr 29 Konstrukce CT4L185R4 a CT4L310R4 [3]

Obr 210 Konstrukce CT5L500R4 a CT5L850R4 [3]

Zapojeniacute svorkovnice proudoveacuteho transformaacutetoru CTxLxxxR4 a propojeniacute s integrovanyacutem

proudovyacutem transformaacutetorem UMC100 Na Obr 211 je takeacute ukaacutezka zapojeniacute měřiacuteciacuteho modulu

VI150 na přiacutevodniacutech faacuteziacutech motoru a dodrženyacutem spraacutevnyacutem sledem faacutezovyacutech vodičů

Obr 211 UMC100-FBP s CT a VI150 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 27

Obecně platiacute že vyacutevody sekundaacuterniacuteho vinutiacute měřiacuteciacuteho transformaacutetoru proudu jsou buď

zapojeny na zaacutetěž nebo jsou propojeny do zkratu a jeden z vyacutevodů je uzemněn Princip je patrnyacute

z Obr 212 V praxi dochaacuteziacute k několika chybaacutem způsobenyacutech neznalostiacute problematiky Jednou

může byacutet neuzemněniacute jedneacute ze svorek sekundaacuterniacuteho vinutiacute Pak vznikaacute kapacitniacute vazba a

sekundaacuterniacute vinutiacute v nepřiacutezniveacutem přiacutepadě může vysokyacutem napětiacutem termionicky působit - jiskřit na

kostru Při delšiacutem trvaacuteniacute jiskřiveacuteho vyacuteboje v jednom miacutestě se mohou vytvořit vodiveacute cesty a dojiacutet

k průrazu izolace vodiče k nežaacutedouciacutemu potenciaacutelu [8]

Obr 212 Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů proudu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 28

25 Monitorovaciacute zařiacutezeniacute zemniacuteho spojeniacute CEM11-FBP

Monitorovaciacute zařiacutezeniacute CEM11 sloužiacute pro sledovaacuteniacute svodovyacutech proudů respektive zemniacutech

poruch způsobenyacutech nejčastěji poškozenou izolaciacute Detekovaacuteniacute takoveacuteto zemniacute poruchy vede

k odpojeniacute motoru aby nedošlo k jeho většiacutemu poškozeniacute nebo vede k upozorněniacute obsluhy

Možneacute použitiacute je jak v siacutetiacutech uzemněnyacutech tak i neuzemněnyacutech

Průvlečneacute oko je tvořeno toroidniacutem transformaacutetorem kteryacutem jsou vedeny všechny 3 faacutezoveacute

vodiče motoru Zařiacutezeniacute hliacutedaacute to aby součet faacutezorů proudů byl nulovyacute Jakmile dojde k zemniacutemu

spojeniacute tzn součet faacutezorů proudů je nenulovyacute integrovanaacute elektronika CEM11 sepne nebo

rozepne vyacutestup Vyacutestup z CEM11 pracuje jako kontakt kteryacute detekovanou hodnotou proudu

sepne nebo rozepne 24V DC jenž poteacute může byacutet připojeno jako např digitaacutelniacute vstup do UMC

Nastaveniacute zpožděniacute sepnutiacute varovaacuteniacute nebo odpojeniacute lze zvolit v UMC a to v rozsahu od 01s ndash

255s Nastaveniacute citlivosti spiacutenaacuteniacute je možneacute v několika krociacutech Poloha přepiacutenače (0-7) s toleranciacute

na pozici 0 cca plusmn30 a daacutele vždy s toleranciacute cca plusmn10

CEM11 je možneacute uložit spolu s ostatniacutemi komponenty na DIN lištu normovaneacuteho rozměru

35mm nebo pomociacute přiacutedavneacuteho klipu pro nejmenšiacute rozměr CEM11-FBP20 [1]

Průměr průvlečneacuteho

oka [mm]

Proudovyacute rozsah

[mA]

20 80 - 1700

35 100 - 3400

60 120 - 6800

120 240 - 13600

Tab 24 Rozměry vyraacuteběnyacutech CEM11-FBPs udaacutevanyacutemi hodnotami svodovyacutech proudů

Obr 213 Zapojeniacute CEM11-FBP do obvodu [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 29

26 Napaacutejeciacute zdroj

Pro napaacutejeniacute modulů UMC100 DX122 a VI150 sloužiacute zdroj typu CP-D 2413 Jednaacute se o

napaacutejeciacute zdroj kteryacute na sveacutem vyacutestupu dovoluje regulaci napětiacute 24-28V DC s toleranciacute plusmn 1

Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute je umožněna z důvodu připojeniacute modulů na dlouheacute vedeniacute kde

vznikajiacute uacutebytky napětiacute praacutevě vlivem deacutelky vedeniacute Zpravidla klesne-li na vedeniacute napětiacute od

jednoho zdroje na ktereacutem je nastaveno maximaacutelniacute vyacutestupniacute napětiacute pod minimaacutelniacute hodnotu

potřebnou pro napaacutejeniacute modulu je nutneacute použiacutet dalšiacute napaacutejeciacute zdroj Maximaacutelniacute proud zdroje je

Imax = 13A a jmenovityacute vyacutestupniacute vyacutekon 30W Tento typ zdroje je diacuteky svyacutem modulaacuterniacutem

rozměrům možneacute umiacutestit na DIN lištu (EN50022-35) [6]

Naacutesledujiacuteciacute zatěžovaciacute charakteristika znaacutezorňuje zaacutevislost svorkoveacuteho napětiacute zdroje na

odebiacuteraneacutem proudu pro teplotu T=25degC

Obr 214 Zatěžovaciacute charakteristika zdroje CP-D 2413[6]

Obr 215 Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 30

27 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

Tento modul poskytuje komunikaci pro FieldBusPlug zařiacutezeniacute jako je např UMC100

s počiacutetačem prostřednictviacutem siacutetě Ethernet K MTQ22 lze připojit až 4 zařiacutezeniacute pro uacutesporu

naacutekladů Naacutesledujiacuteciacute popis je vztažen k Obr 216 kde jsou znaacutezorněny jednotliveacute čaacutesti modulu

1 konektory s označeniacutem X1 až X4 sloužiacute pro připojeniacute až 4 zařiacutezeniacute FBP

2 LED diody pro signalizaci aktuaacutelniacuteho stavu komunikace

3 micro USB konektor s označeniacutem X5 pro připojeniacute a konfiguraci pomociacute PC

4 dvě RJ45 zaacutesuvky s označeniacutem E1 a E2 pro připojeniacute pomociacute Ethernetoveacuteho kabelu

5 konektor pro připojeniacute 24V DC napaacutejeciacuteho napětiacute nese označeniacute X6

Obr 216 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 31

OCHRANNEacute FUNKCE 3Kontroleacuter nabiacuteziacute velkeacute množstviacute ochrannyacutech funkciacute potřebnyacutech pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacuteho chodu

motoru Některeacute funkce jsou aktivniacute pouze po čaacutest běhu motoru typicky při startu motoru jineacute

po jeho rozběhu Naacutesledujiacuteciacute tabulka (Tab 31) nastiacuteniacute přehled nejdůležitějšiacutech ochran motoru a

čas kdy jsou aktivovaacuteny

Ochrannaacute funkce Aktivniacute

Při tepelneacutem přetiacuteženiacute Vždy

Při zablokovaneacutem rotoru Při startu motoru

Při proudoveacutem přetiacuteženiacute Po startu

Při proudoveacutem podtiacuteženiacute Po startu

Sled faacuteziacute Vždy

Při faacutezoveacute nesymetrii Vždy

Při ztraacutetě faacuteze Vždy

PTC ochrana Vždy

Při zemniacutem spojeniacute Vždy po spuštěniacute

Při napěťovyacutech špičkaacutech Vždy

Při harmonickeacutem zkresleniacute Vždy

Tab 31 Ochranneacute funkce [1]

Nastaveniacute parametrů jednotlivyacutech ochran probiacutehaacute pomociacute UMC100-PAN

31 Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute

UMC100 disponuje nastavitelnyacutem vypiacutenaacuteniacutem při tepelneacutem přetiacuteženiacute podle třiacuted 5E 10E 20E

30E a 40E viz Obr 31 Tyto třiacutedy uvaacutedějiacute poměr mezi aktuaacutelniacutem prochaacutezejiacuteciacutem proudem

motorem I a jmenovityacutem proudem motoru In uvedenyacutem na štiacutetku v zaacutevislosti na maximaacutelniacute době

rozběhu t

Třiacuteda 5E 10E 20E 30E 40E

t [s] 15 3 6 3 12

Tab 32 Třiacutedy přetiacuteženiacute a čas odpojeniacute

Lze hovořit o dvou typech rozběhu motoru

1 normaacutelniacute rozběh - do 10s

2 těžkyacute rozběh - viacutece jak 10s

Při rozběhu zatiacuteženeacuteho motoru se otaacutečky zvyšujiacute z nuloveacute hodnoty na jmenovitou přičemž

dochaacuteziacute k naacuterůstu proudu až na několikanaacutesobek jeho jmenoviteacute hodnoty Zpravidla u většiacutech

motorů byacutevaacute naacuterůst až 10In tudiacutež v tento bdquokritickyacuteldquo okamžik nesmiacute vybavit ochrana na tepelneacute

přetiacuteženiacute Rozběh motoru pro UMC končiacute při poklesu proudu I na hodnotu 135 proudu

jmenoviteacuteho In nebo při dosaženiacute jmenovityacutech otaacuteček nn Udaacutevaneacute časy představuje Tab 32

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 32

311 Určeniacute teploty vinutiacute a vypiacutenaciacute třiacutedy

Podle způsobu určeniacute teploty vinutiacute motoru se ochrany rozlišujiacute na proudově nezaacutevisleacute a

proudově zaacutevisleacute

Proudově nezaacutevisleacute ochrany měřiacute přiacutemo teplotu ve vinutiacute motoru pomociacute vhodneacuteho čidla

teploty zpravidla termistoru Tiacutemto způsobem lze zjistit nedovoleneacute otepleniacute způsobeneacute např

poruchou cirkulace vzduchu kterou proudově zaacutevislaacute ochrana neniacute schopna vyhodnotit

Proudově zaacutevisleacute ochrany vyhodnocujiacute teplotu vinutiacute motoru nepřiacutemo a to prostřednictviacutem

vyacutepočtoveacuteho modelu z provozniacuteho proudu motoru Zvyacutešeniacute provozniacuteho proudu motoru maacute za

naacutesledek otepleniacute ktereacute vede trvaacute-li delšiacute dobu k poškozeniacute nebo zničeniacute motoru Ochrana při

tepelneacutem přetiacuteženiacute ndash TOL chraacuteniacute motor před přehřaacutetiacutem Tepelnyacute model je vypočiacutetaacutevaacuten za chodu i

v klidu motoru a z těchto stavů se pak zjistiacute tepelnaacute kapacita Znalost teacuteto hodnoty vede

k maximalizaci produktivity Funkčnost tepleneacuteho modelu je v souladu s normou

Při použitiacute motoru pro cyklickeacute operace dochaacuteziacute ke schodoviteacutemu zvyšovaacuteniacute teploty motoru Je

zapotřebiacute volit spraacutevnyacute čas intervalu mezi cykly aby nedochaacutezelo k přehřaacutetiacute a zbytečneacutemu

poškozeniacute izolace vinutiacute motoru

Funkce Thermal load (tzv tepelnaacute zaacutetěž) hliacutedaacute poměr aktuaacutelniacuteho prochaacutezejiacuteciacuteho proudu I a

jmenoviteacuteho proudu In motoru Jakmile poměr IIn přesaacutehne 100 začiacutenaacute odpočet TTT a motor

bude odpojen po uplynutiacute nastaveneacute periody Možnost opětovneacuteho spuštěniacute přetiacuteženeacuteho motoru

proběhne po jeho vychladnutiacute To je možneacute nastavit dvěma způsoby [1]

1 Ručně nastavenou periodou během ktereacute je motor blokovaacuten proti spuštěniacute

(ovlivňovaacuteno velikostiacute motoru teplotou prostřediacute kde je motor použit zda je vybaven

ventilaacutetorem či neniacute apod)

2 Nastaveniacutem procentuaacutelniacute hodnoty tepelneacute kapacity do ktereacute nebude moci obsluha

motor spustit (při nastaveniacute 50 nedojde k odblokovaacuteniacute ochrany pokud neklesne

tepelnaacute kapacita pod zadanou hodnotu)

Určeniacute vypiacutenaciacute třiacutedy je představeno na naacutesledujiacuteciacutem přiacutekladu

Maacuteme-li trojfaacutezovyacute asynchronniacute motor o vyacutekonu 22kW poměr IIn = 5 a maximaacutelniacute dobu

rozběhu to = 10s Z přiloženeacuteho grafu vypiacutenaciacutech třiacuted pro studenyacute motor určiacuteme požadovanou

třiacutedu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 33

Obr 31 Vypiacutenaciacute třiacutedy pro UMC100-FBP[1]

Z vyacutesledku je patrneacute že motor budeme vypiacutenat proti přetiacuteženiacute podle třiacutedy 5E jelikož křivka

pro 5E je pod maximaacutelniacute dobou rozběhu to = 10s Pokud by došlo ke zvoleniacute např třiacutedy 10E

hrozilo by poškozeniacute motoru jelikož by na motor působilo přetiacuteženiacute delšiacute dobu než je tomu

dovoleno [10]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 34

32 Ochrana při zablokovaneacutem rotoru

V okamžiku připojeniacute motoru na napaacutejeciacute siacuteť se rotor neotaacutečiacute (n = 0 s = 1) Motor je ve

stavu nakraacutetko a jeho proud je omezen pouze ohmickyacutemi odpory a rozptylovyacutemi reaktancemi

vinutiacute Zaacuteběrnyacute proud I1z dosahuje většinou 4 až 10 x většiacutech hodnot než proud jmenovityacute In

Určit velikost tohoto proudu je možneacute ze vztahu 321

radic

kde

U1 - Vstupniacute napětiacute

R1 - Odpor primaacuterniacuteho vinutiacute

Xr1 - Reaktance statoroveacuteho vinutiacute

Xrsquor20 - Reaktance zabrzděneacuteho rotoru

Rlsquo2s - Celkovyacute činnyacute odpor rotoru

RFe - Činnyacute odpor magnetickeacuteho obvodu

Xm - Reaktance magnetickeacuteho obvodu

I1z - Zaacuteběrnyacute proud

Obr 32 Obvodovyacute model asynchronniacuteho motoru pro jednu faacutezi statoroveacuteho vinutiacute ndash nakraacutetko

Velkyacute zatěžovaciacute moment Mz nebo mechanickaacute porucha může zapřiacutečinit zablokovaacuteniacute rotoru

Ochrannaacute funkce detekuje dlouhou počaacutetečniacute situaci kteraacute je praacutevě důsledkem zmiacuteněnyacutech přiacutečin

UMC100 tiacutemto odpojiacute motor od napaacutejeniacute čiacutemž ho ochraacuteniacute od nadměrneacuteho tepelneacuteho namaacutehaacuteniacute

V uživatelskeacutem prostřediacute je možneacute individuaacutelně nastavit jak maximaacutelniacute proud tak i čas po

ktereacutem dojde k odpojeniacute zablokovaneacuteho motoru Pro experimentaacutelniacute použitiacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy je nastavena hodnota poměru pro odpočet a naacutesledneacute odpojeniacute IIn na 300 [1] [9]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 35

33 Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute zabezpečiacute odpojeniacute motoru vyskytne-li se v obvodu většiacute

hodnota proudu než nastavenaacute jmenovitaacute In Bliacuteže tuto funkci představiacute přiloženyacute průběh Funkce

je aktivniacute až po roztočeniacute motoru v okamžiku rozběhu je neaktivniacute

Princip ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Do okamžiku T1 od zapnutiacute klesne zaacuteběrnyacute proud na hodnotu cca Ix = 135 In V časoveacutem

uacuteseku T1 až T2 dochaacuteziacute k naacuterůstu prochaacutezejiacuteciacuteho proudu motorem V okamžiku T2 překročiacute

proud hodnotu Ivar Tiacutemto okamžikem začne odpočet nastaveneacute doby zpožděniacute tvar kteraacute po

uplynutiacute sepne signalizaci varovaacuteniacute nadproudoveacuteho přetiacuteženiacute Odpočet doby tvar narůstaacute je-li

proud motorem I gt Ivar Jakmile proud I ge Iodp dochaacuteziacute k sepnutiacute čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute todp

Platiacute-li podmiacutenka I ge Iodp a dojde k načteniacute hodnoty todp UMC100 odpojiacute motor od napaacutejeniacute a tiacutem

zabraacuteniacute jeho poškozeniacute

Obr 33 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu přetiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash dosaženiacute vysokeacute proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash dosaženiacute hodnoty proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

34 Ochrana při proudoveacutem podtiacuteženiacute

Jakmile hodnota (činneacuteho) proudu klesne pod nastavenou uacuteroveň kteraacute je pro danyacute proces

typickaacute dojde v UMC100 k vybaveniacute ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a motor odpojiacute od

napaacutejeniacute Tato ochrana se předevšiacutem využiacutevaacute pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacute funkce čerpadla když detekuje

ztraacutetu jeho saacuteniacute či pro paacutesoveacute dopravniacuteky ve vyacuterobniacutech provozech Včasneacute varovaacuteniacute a odpojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 36

motoru snižuje zejmeacutena prostoje vyacuteroby Princip varovaacuteniacute a odpojeniacute je představen na

naacutesledujiacuteciacutem průběhu jak tomu bylo u ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Princip ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute zobrazeneacuteho průběhu

Po poklesu aktuaacutelniacuteho proudu v okamžiku T1 motor normaacutelně běžiacute V časoveacutem uacuteseku T1 až

T2 dochaacuteziacute k poklesu proudu pod jmenovitou hodnotu In až na nastavenou hodnotu Ivar Při

dosaženiacute teacuteto hodnoty začne odpočet varovaacuteniacute proudoveacuteho podtiacuteženiacute Nepřesaacutehne-li proud za

dobu kratšiacute než tvar mez Ivar (tzn nevzroste-li se zpět k In) dojde ke spuštěniacute signalizace

proudoveacuteho podtiacuteženiacute Při pokračujiacuteciacutem poklesu proudu jak je patrneacute v časoveacutem intervalu T2-T3

až na mez Iodp dojde k čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute Při překročeniacute nastaveneacute doby todp a za

podmiacutenky že proud I le Iodp UMC100 motor odpojiacute od napaacutejeciacute siacutetě

Obr 34 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash niacutezkaacute proudovaacute uacuteroveň kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash hodnota proudu kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

Popis funkce ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute blokoveacuteho scheacutematu

Signaacutel Istart představuje hodnotu proudu po startu motoru- log 1(tzn Signalizace motoru v

chodu) Tento signaacutel tvořiacute vstup logickeacuteho hradla AND (1) Funkci tohoto hradla znaacutezorňuje

přiloženaacute tabulka Tab 33 Druhyacute vstup signalizuje aktuaacutelniacute hodnotu proudu kteraacute motorem

proteacutekaacute Je-li proud IltIvar detekuje hradlo AND druhou logickou jedničku a hradlo vybaviacute podle

přiloženeacute tabulky Tento signaacutel z hradla aktivuje časovač zpožděniacute varovaacuteniacute Po uplynutiacute

nastaveneacuteho časoveacuteho uacuteseku signalizuje podtiacuteženiacute Dochaacuteziacute-li staacutele k poklesu proudu až do

uacuterovně kdy IltIodp pak na druheacutem logickeacutem hradle AND (2) budou na vstupu log 1 Sepne

čiacutetaacuteniacute zpožděniacute vypnutiacute a po uplynutiacute doby UMC motor vypne

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 37

Obr 35 Blokoveacute scheacutema ochrany proti proudoveacutemu podtiacuteženiacute [1]

Vstup Vyacutestup

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

Tab 33 Princip funkce logickeacuteho hradla AND

341 Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek

Při chodu asynchronniacuteho motoru odebiacuteraacute stroj ze siacutetě jalovyacute proud kteryacute je potřebnyacute pro

vytvořeniacute magnetizace hlavniacuteho magnetickeacuteho obvodu Tento tzv magnetizačniacute proud je

nezaacutevislyacute na zatiacuteženiacute stroje Uplatněniacute nalezne zejmeacutena při chodu napraacutezdno a maleacutem zatiacuteženiacute

kdy je uacutečiniacutek motoru niacutezkyacute Motor maacute tedy nejleacutepe pracovat při plneacutem zatiacuteženiacute[11]

Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek jsou důležiteacute parametry pro detekovaacuteniacute niacutezkeacute zaacutetěže nebo situace bez

zaacutetěže např uzavřenyacute ventil Pomociacute napěťoveacuteho modulu VI15x a UMC je měřeno sdruženeacute

(faacutezoveacute) napětiacute faacutezovyacute proud čili i faacutezovyacute posuv mezi proudem a napětiacutem - cos φ Pomociacute těchto

parametrů je UMC schopneacute analogicky spočiacutetat hodnotu činneacuteho přiacutekonu

radic

Poklesne-li poteacute činnyacute přiacutekon pod nastavenou procentuaacutelniacute hodnotu P (př 85 Pn) motor vypne

tj bude-li PPn le 085

Experimentaacutelniacutem měřeniacutem v raacutemci laboratorniacute uacutelohy byla pomociacute přiacutestroje Yokogawa WT1800

změřena zaacutevislost uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute motoru Z vyacutesledneacuteho grafu (Obr 37) je

patrneacute že se snižovaacuteniacutem zatiacuteženiacute rotoru klesaacute velikost uacutečiniacuteku Naměřeneacute hodnoty pro konstrukci

grafu jsou uvedeny v přiacuteloze

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 38

Obr 36 Charakteristiky asynchronniacuteho motoru při zatiacuteženiacute [11]

Obr 37 Graf zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti P2

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

01

02

03

04

05

06

07

08

09

0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000

P1 [

W]

cos

ϕ [

-]

P2 [W]

P2 P1 Q1

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 39

35 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

Princip ochrany

Je-li poměr nejnižšiacuteho proudu (Imin) a nejvyššiacuteho proudu (Imax) ve faacuteziacutech nad nastavenou

uacuterovniacute pro varovaacuteniacute sepne signalizace ztraacutety faacuteze Jakmile ovšem tento poměr překročiacute

nastavenou hodnotu pro odpojeniacute motoru sepne zpožděniacute vypnutiacute a podle nastaveneacute třiacutedy

přetiacuteženiacute motor po uplynutiacute časoveacuteho intervalu odpojiacute

Funkce faacutezoveacute nesymetrie je aktivniacute pouze tehdy je-li proud ve všech třech faacuteziacutech gt 25 In

(jmenoviteacuteho proudu) [1]

Naacutesledujiacuteciacute rovnice představuje vyacutepočet procentuaacutelniacuteho poměru proudu pro vypnutiacute motoru při

uacuteplneacute ztraacutetě faacuteze

(

)

36 Ochrana sledu faacuteziacute

Ochrana sledu faacuteziacute hliacutedaacute zejmeacutena spraacutevnyacute směr otaacutečeniacute motoru Důležiteacute pro použitiacute teacuteto

ochrany je miacutesto zapojeniacute napěťoveacuteho modulu VI15x Pokud by byl modul zapojen za stykači

nastala by chyba při reverzniacutem zapojeniacute Na stykačiacutech dochaacuteziacute zapojeniacutem k zaacuteměně dvou

faacutezovyacutech vodičů a tiacutem i změně směru otaacutečeniacute motoru UMC s pomociacute VI150 vyhodnotiacute situaci

jako chybovou a vypne motor Napěťovyacute modul se tedy zpravidla umiacutesťuje hned za hlavniacute jistiacuteciacute

prvek viz Obr 44

37 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Jedno z největšiacutech nebezpečiacute pro motor představuje ztraacuteta jedneacute napaacutejeciacute faacuteze Chod na 2

napaacutejeciacute faacuteze zatěžuje motor na tepelneacute uacutečinky proudu vlivem zvyacutešeniacute proudu ve zbylyacutech 2

faacuteziacutech UMC100 v tomto přiacutepadě vypiacutenaacute motor podle předem stanovenyacutech časovyacutech intervalů

Intervaly vypnutiacute jsou stejneacute jako pro ochranu proti proudoveacutemu přetiacuteženiacute (Tab 32) a

odpoviacutedajiacute nastaveneacute třiacutedě přetiacuteženiacute Tuto ochranu dřiacuteve zajišťovalo tepelneacute releacute ktereacute v tomto

přiacutepadě nemusiacute byacutet použito

38 PTC ochrana

381 Termistor

Termistor je polovodičovyacute nelineaacuterniacute dvojpoacutel jehož odpor se měniacute v zaacutevislosti na teplotě

prostřediacute ve ktereacutem pracuje Jeho vyacutehodou je že velmi rychle a citlivě reaguje na změnu teploty

Rozlišujeme zpravidla 2 druhy termistorů

1 NTC (Negative Temperature Coefficient) - termistor se zaacutepornyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou klesaacute jeho odpor (roste elektrickaacute vodivost a proud)

2 PTC (Positive Temperature Coefficient) ndash termistor s kladnyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou jeho odpor roste

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 40

Obr 38 Zaacutevislost odporu termistoru na teplotě

Použitiacute termistorů

NTC termistory se použiacutevajiacute zpravidla k měřeniacute teploty PTC se nejčastěji využiacutevaacute

v kuchyňskyacutech spotřebičiacutech kde je požadovaacutena konstantniacute teplota v termostatech a pro hliacutedaacuteniacute

teploty vinutiacute motorů

382 Princip PTC ochrany v UMC

Ochrana obecně spadaacute do skupiny proudově nezaacutevislyacutech ochran Pro připojeniacute PTC

termistoru sloužiacute na UMC100 svorky s označeniacutem T1 a T2 PTC zvyšuje svůj odpor s rostouciacute

teplotou proto je možneacute ho použiacutet pro hliacutedaacuteniacute teploty např vinutiacute statoru UMC je schopneacute

vyhodnotit tuto změnu odporu a vydaacute signaacutel k odpojeniacute motoru od siacutetě [7]

39 Ochrana při zemniacutem spojeniacute

Ochrana při zemniacutem spojeniacute spočiacutevaacute v ochraně motoru siacutetě a technologie při nežaacutedouciacutech

vlivech způsobenyacutech zejmeacutena staacuternutiacutem izolace a jejiacutem zhoršenyacutem izolačniacutem uacutečinkem

Naacutesledkem přetěžovaacuteniacute vedeniacute vlhkostiacute kondenzaciacute vody v elektrickeacutem zařiacutezeniacute nebo vrstvou

vodiveacuteho prachu jsou praacutevě zhoršeneacute vlastnosti izolačniacuteho materiaacutelu To vede k nechtěneacutemu

zemniacutemu spojeniacute Zemniacute spojeniacute je monitorovaacuteno pomociacute UMC spolu se zařiacutezeniacutem CEM11 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 41

DEMONSTRAČNIacute PŘIacutePRAVEK 4

41 Naacutevrh přiacutepravku

Pro demonstraci UMC100 a dalšiacutech prvků řady produktů od společnosti ABB sro byl

navržen přiacutepravek pomociacute software AutoCAD a Inventor Professional kteryacute byl poteacute zrealizovaacuten

a oživen Nosnaacute konstrukce (Obr 41) je vyrobena z jӓckelu o rozměru 25x25mm

Obr 41 Nosnaacute konstrukce

Čelniacute panel tvořiacute plech s rozměry 500x400mm a tloušťky 2mm Plech je osazen

rozvaděčovyacutemi kanaacutely 25x60mm a všemi potřebnyacutemi komponentami pro realizaci zapojeniacute

Vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho panelu s otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky a ovlaacutedaciacute tlačiacutetka motoru je na

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

Seznam použityacutech komponent Vyacuterobce

3-poacutelovyacute jistič C16 OEZ

Pojistkoveacute pouzdro RSP 4 Elektro Bečov

Komunikačniacute modul MTQ22-FBP ABB

Motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP ABB

Napěťovyacute modul VI150-FBP ABB

Rozšiřovaciacute modul DX122-FBP ABB

Ministykač LC1K09(LC1K12) Schneider Electric

Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A ABB

Rozvaděčovyacute kanaacutel 25x60mm KOPOS

Přiacutestrojoveacute zdiacuteřky 4mm do panelu AMASS

Tlačiacutetka do panelu 250V1A JIETONG

Tab 41 Seznam použityacutech komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 42

Pro konstrukci je důležiteacute aby navrženyacute panel rozměrově odpoviacutedal všem potřebnyacutem přiacutestrojům

a modulům Pro tuto přiacuteležitost je pomociacute software AutoCAD vytvořen vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho

panelu Obr 43 kteryacute je konstruovaacuten

Navrženyacute nosnyacute plech tloušťky 2mm na ktereacutem jsou umiacutestěny veškereacute komponenty Obr 42

Ve vrchniacute polovině plechu jsou vyvrtaacuteny otvory o průměru 4mm sloužiacuteciacute pro uchyceniacute

rozvaděčoveacuteho kanaacutelu a DIN lišty Ve středniacute čaacutesti plechu jsou 4 průvlečneacute otvory určeneacute k

průchodu vodičů ze zadniacute čaacutesti plechu (od napaacutejeciacutech svorek) do rozvaděčoveacuteho kanaacutelu na straně

předniacute Pro tuto potřebu jsou stejneacute otvory vyvrtaacuteny takeacute do dna kanaacutelu Ve spodniacute čaacutesti jsou

otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky pomociacute kteryacutech je zajištěno napaacutejeniacute panelu a poteacute napaacutejeniacute motoru

a 3 otvory na ovlaacutedaciacute tlačiacutetka k zajištěniacute ovlaacutedaacuteniacute motoru Uchyceniacute plechu k nosneacute konstrukci

je provedeno samořeznyacutemi šroubky M5 v roziacutech plechu

Obr 42 Naacutevrh plechu panelu

Vyacutekres plechu s udaacuteniacutem koacutet je obsažen v přiacuteloze praacutece viz Obr 01

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 43

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 44

42 Scheacutema zapojeniacute přiacutepravku

Demonstračniacute panel je uzpůsoben pro reverzniacute chod trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 44 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho přiacutepravku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 45

43 Vyacuteslednyacute přiacutepravek

Vyacuteslednyacute osazenyacute a zapojenyacute přiacutepravek určenyacute pro laboratorniacute uacutelohu doplněnyacute vhodnyacutemi

štiacutetky pro ovlaacutedaacuteniacute a zapojeniacute napaacutejeciacute siacutetě (VSTUP) a motoru (VYacuteSTUP)

Obr 45 Demonstračniacute přiacutepravek

Zadniacute čaacutest panelu s izolovaacuteniacutem konektorů FASTON pomociacute teplem smrštitelneacute bužiacuterky před

nebezpečnyacutem dotykem živeacute čaacutesti

Obr 46 Zadniacute pohled

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 46

44 Demonstračniacute kufr pro ABB

Pro společnost ABB sro byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 prezentujiacuteciacute

jeho možnosti Zaacutekladniacutem požadavkem naacutevrhu bylo řešeniacute pomociacute jednofaacutezoveacuteho napaacutejeniacute

Jelikož UMC100 je uzpůsobeno pro chod trojfaacutezovyacutech motorů je použit frekvenčniacute měnič

ACS50 kteryacute nabiacuteziacute při napaacutejeniacute pomociacute jednofaacutezoveacute siacutetě na sveacutem vyacutestupu napětiacute 3x230V50Hz

Pro digitaacutelniacute vstupy UMC100 a rozšiřovaciacuteho modulu DX111 je navrženo použitiacute dvoupoacutelovyacutech

paacutečkovyacutech přepiacutenačů s funkciacute (ON)-OFF-ON s napětiacutem 24V DC K signalizaci aktivniacutech vstupů

a vyacutestupů je navrženo použitiacute zelenyacutech signaacutelek Ovlaacutedaciacute panel kufru obsahuje spiacutenače pro

simulaci ztraacutety napaacutejeciacute faacuteze motoru potenciometr k simulaci faacutezoveacute nesymetrie daacutele červenou

signaacutelku pro signalizaci poruchovyacutech stavů a žlutou pro chod motoru Všechny přepiacutenače a

signaacutelky jsou přiacutestupneacute uživateli prostřednictviacutem navrženeacuteho ovlaacutedaciacuteho panelu kteryacute současně

posloužiacute jako kryt kufru (Obr 02) Jelikož pro přenosnyacute kufr neniacute nejvhodnějšiacute použitiacute

asynchronniacuteho motoru je proto použit 6-poacutelovyacute synchronniacute motor s přiacutekonem 23VA

vyacutestupniacutem vyacutekonem 105W a jmenovityacutem proudem 100mA

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 47

Obr 47 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho kufru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 48

SIMULACE OCHRAN 5Kapitola obsahuje soupis simulaciacute ochran ktereacute jsou demonstrovaacuteny v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jež se zabyacutevaacute problematikou UMC100 Z širokeacute škaacutely ochran jsou vybraacuteny 4 situace ktereacute

se v průmyslu často vyskytujiacute

51 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

K nasimulovaacuteniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii je použit posuvnyacute potenciometr kteryacute je

připojen na svorky (12) Pomociacute potenciometru bude snižovaacutena velikost napětiacute na přiacutevodniacute faacutezi

do motoru (L1) Pro demonstraci ochrany je použit napěťovyacute modul VI150 spolu s UMC100 Na

svorky modulu označeneacute (L1L2 a L3) jsou přivedeny faacuteze v uvedeneacutem sledu Při zvyšovaacuteniacute

odporu rezistoru ve faacutezi dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute napětiacute na přiacutevodniacute svorce (L1) vlivem rostouciacuteho

uacutebytku napětiacute na daneacutem rezistoru Je-li napěťovyacute modul propojen vodičem s UMC a je-li spraacutevně

nastaven UMC vyhodnotiacute po určiteacutem poklesu napětiacute a naacuterůstu proudu ve zbylyacutech dvou faacuteziacutech

(L2 a L3) jako chybovou a vybaviacute Nejprve bude vybaveno varovaacuteniacute a poteacute dojde k odpojeniacute

motoru

52 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze je motor vystaven vysokeacutemu riziku což většinou vede k jeho

zničeniacute Demonstrace ochrany proběhne uacuteplnyacutem odpojeniacutem napaacutejeciacute faacuteze L2 Pro vybaveniacute

ochrany neniacute zapotřebiacute aby byl motor v chodu neboť použitiacute napěťoveacuteho modulu VI150

detekuje nepřiacutetomnost napětiacute faacuteze a vybaviacute Při chodu motoru ochrana vybaviacute od 15s pro třiacutedu

5E a do 12s pro 40E podle nastaveneacute třiacutedy přetiacuteženiacute viz Tab 32 Princip funkce při chodu

motoru spočiacutevaacute v porovnaacuteniacute nejvyššiacute a nejnižšiacute naměřeneacute hodnoty faacutezoveacuteho proudu s

nastavenyacutemi uacuterovněmi Vyacutehodou je že signalizuje varovaacuteniacute ještě před samotnyacutem spuštěniacutem

motoru kdy může nastat stav že je přepaacutelena pojistka a obsluha toto nezaznamenala Mimo

přepaacuteleneacute pojistky se může takeacute jednat o uvolněnyacute nebo opotřebenyacute kontakt

53 Ochrana sledu faacuteziacute

Pro spraacutevnyacute chod motoru a diagnostiku pomociacute kontroleacuteru s použitiacutem napěťoveacuteho modulu je

zapotřebiacute dodržet sled faacuteziacute tzn Faacutezovyacute vodič L1rarrsvorka L1 L2 rarrsvorka L3 a L3rarrsvorka L3

Při zaacuteměně některyacutech faacutezovyacutech vodičů neprodleně vybaviacute ochrana sledu faacuteziacute a neniacute dovoleno

spuštěniacute motoru do okamžiku dokud neniacute obsluhou tento probleacutem vyřešen

54 PTC ochrana

Pro vyhodnocovaacuteniacute teploty vinutiacute statoru motoru sloužiacute termistor PTC Při zvyacutešeniacute teploty

nastaacutevaacute zvyacutešeniacute odporu termistoru (viz Obr 38) a motor odpojiacute Udaacutevanaacute odezva UMC na

změnu odporu je v rozmeziacute R = 34-38kΩ

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 49

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany

Z důvodu ochrany motoru neniacute vhodneacute vystavovat motor zvyacutešeneacute teplotě pro nastiacuteněniacute funkce

PTC ochrany Pro tento uacutečel posloužiacute zhotovenyacute box osazenyacute lineaacuterniacutem potenciometrem

s hodnotou odporu 25kΩ jemuž jsou předřazeny odpory 1kΩ a 330Ω

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 50

LABORATORNIacute UacuteLOHA 6

61 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100

Uacutekolem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute řiacutediacuteciacute a kontrolniacute jednotkou pro

provoz trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru UMC100

Motorovyacute kontroleacuter nabiacuteziacute 3 releacuteoveacute vyacutestupy Tyto vyacutestupy jsou připojitelneacute na napětiacute 230V AC s

maximaacutelniacutem proudem 1A Releacuteoveacute vyacutestupy sloužiacute zejmeacutena pro připojeniacute budiacuteciacutech ciacutevek stykačů

Hlavniacute vstupy jsou tvořeny seacuteriiacute svorek jež je umiacutestěnaacute ve spodniacute čaacutesti kontroleacuteru Svorky nesou

označeniacute (DI0 DI1 hellip DI5) Tyto digitaacutelniacute vstupy pracujiacute s napětiacutem 24V DC a sloužiacute pro

připojeniacute ovlaacutedaciacutech tlačiacutetek jako start motoru stop motoru reverzaci rozběh hvězda-trojuacutehelniacutek

nebo např použitiacute vstupu pro koncovyacute spiacutenač pro připojeniacute pomocnyacutech kontaktů stykačů či

funkci aktuaacutetor kdy je ovlaacutedaacuten pohon ventilu Vše podle nastaveniacute uživatele a pracovniacuteho

procesu Vedle hlavniacutech vstupniacutech kontaktů se nachaacuteziacute takeacute jeden vyacutestupniacute s označeniacutem (DO3)

Tento digitaacutelniacute vyacutestup lze využiacutet k připojeniacute 24V DC signalizačniacute kontrolky pro chybovaacute hlaacutešeniacute

modulu UMC100 nabiacuteziacute integrovanyacute vstup pro připojeniacute PTC termistoru Diacuteky PTC jsme

schopni hliacutedat teplotu statoroveacuteho vinutiacute a předejiacutet tiacutem zaacutevažneacutemu poškozeniacute motoru

Hlavniacute obvod

Měřeniacute proudu faacutezovyacutemi vodiči je řešeno pomociacute 3 průvlečnyacutech ok integrovanyacutech v modulu

Tato průvlečnaacute oka jsou měřiacuteciacutemi transformaacutetory proudu navinutyacutemi na toroidniacutem jaacutedře Diacuteky

těmto transformaacutetorům je kontroleacuter schopnyacute měřit proud v rozsahu 024 až 63A Pro vyššiacute

hodnoty proudů až 850A se použiacutevaacute externiacute proudovyacute transformaacutetor

Možnost rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru

UMC se v průmyslovyacutech aplikaciacutech nejčastěji použiacutevaacute s využitiacutem napěťoveacuteho a rozšiřovaciacuteho

(vstupně-vyacutestupniacuteho) modulu Pro laboratorniacute uacutelohu je použit napěťovyacute modul VI150 a

rozšiřovaciacute modul DX122 jenž jsou připojeny k UMC pomociacute UMCIO-CAB přes svorky

s označeniacutem Ca a Cb

Napěťovyacute modul VI150

K demonstraci kontroleacuteru je použit modul s označeniacutem VI150 Zařiacutezeniacute disponuje konektory pro

připojeniacute faacutezovyacutech vodičů (L1 L2 a L3) a je schopneacute měřit hodnotu sdruženeacuteho napětiacute siacutetě

S naměřenyacutemi hodnotami faacutezoveacuteho proudu pomociacute UMC dostaacutevaacuteme takeacute hodnotu faacutezoveacuteho

posuvu mezi napětiacutem a proudem tedy uacutečiniacuteku cos φ Z těchto naměřenyacutech parametrů vypočiacutetaacute

řiacutediacuteciacute jednotka kontroleacuteru činnyacute přiacutekon Ovšem pro spraacutevnou detekci napětiacute je nutneacute dodržet

zapojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 51

Vstupně-vyacutestupniacute modul DX122

Modul umožňuje rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru o dalšiacutech 8 digitaacutelniacutech vstupů na napětiacute 110-230V AC 4

releacuteoveacute vyacutestupy a 1 analogovyacute vyacutestup Pomociacute programu ABB Asset Vision Basic je možneacute

přiacutemeacute přiřazeniacute parametrů a programovaacuteniacute UMC100 a takeacute všech zařiacutezeniacute kteraacute jsou vybavena

DTM (Device Type Manager)- naacutestroj pro konfiguraci a spraacutevu zařiacutezeniacute

Komunikačniacute modul MTQ22

O komunikaci mezi UMC a PC se staraacute modul MTQ22 V software vytvořeneacutem pomociacute

vyacutevojoveacuteho prostřediacute LabVIEW lze sledovat aktuaacutelniacute měřeneacute veličiny zobrazenaacute varovaacuteniacute

poruchovyacutech stavů informace o stavu vstupů a vyacutestupů apod

Napaacutejeciacute zdroj

Napaacutejeniacute modulů zajišťuje zdroj CP-D 2413A s regulaciacute vyacutestupniacuteho napětiacute Regulace je možnaacute

v rozpětiacute 24-28V DC Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute zdroje je umožněna z důvodu požadavku

přesneacuteho napětiacute 24V DC Vlivem zatiacuteženiacute (napaacutejeniacute UMC VI a DX) vyacutestupniacute napětiacute zdroje klesaacute

podle zatěžovaciacute charakteristiky přiacuteslušneacuteho zdroje CP-D sloužiacute takeacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacutech

vstupů UMC

Ochranneacute funkce

UMC nenabiacuteziacute pouze možnost měřeniacute faacutezoveacuteho proudu ale takeacute řadu ochran při poruchovyacutech

stavech provozu Nejčastěji v praxi využiacutevanaacute ochrana je ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute kteraacute

je doprovaacutezena varovnou signalizaciacute nastaacutevajiacuteciacute poruchy

Ochrana motoru při proudoveacutem podtiacuteženiacute pracuje na obdobneacutem principu jako předchoziacute ochrana

Kontroleacuter monitoruje hladinu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu Při jeho poklesu pod nastavenou

uacuteroveň maximaacutelniacuteho dovoleneacuteho poklesu (udaacutevaneacute relativně v k jmenoviteacutemu In) dochaacuteziacute k

signalizaci chyby a odpojeniacute motoru od siacutetě

PTC ochrana spočiacutevaacute v hliacutedaacuteniacute teploty statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru pomociacute PTC

termistoru V našem přiacutepadě je použito lineaacuterniacuteho potenciometru kdy se zvyšujiacuteciacutem se odporem

potenciometru simulujeme zvyšujiacuteciacute se teplotu statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru

Při ztraacutetě některeacute napaacutejeciacute faacuteze motoru dochaacuteziacute k okamžiteacutemu blokovaacuteniacute startu motoru

Ochrana sledu faacuteziacute zajistiacute spraacutevneacute zapojeniacute vodičů L1 L2 a L3 ktereacute je slučitelneacute s nastaveniacutem v

UMC

Vlivem přerušovaneacuteho provozu např S3 kdy nedochaacuteziacute v době klidu a odpojeniacute motoru k

poklesu teploty na teplotu okoliacute může vybavit Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute - Thermal

Overload Protection (TOL)

Zablokovaniacute rotoru byacutevaacute způsobeno přiacuteliš vysokyacutem zaacutetěžnyacutem momentem Mz na hřiacutedeli motoru

nebo mechanickou poruchou Kontroleacuter je při startu schopen detekovat tento stav

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 52

62 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute uacutelohy a scheacutema zapojeniacute panelu

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 53

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 54

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha

Štiacutetek použiteacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 64 Štiacutetek motoru

63 Popis scheacutematu zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

Na vstupniacute svorky s označeniacutem VSTUP (L1 L2 L3 N PE) jsou přivedeny přiacuteslušneacute vodiče

z pracovniacuteho stolu Hlavniacute 16A jistič s vypiacutenaciacute charakteristikou typu C sloužiacute pro jištěniacute siloveacute

čaacutesti obvodu Pro jištěniacute napaacutejeciacuteho zdroje CP-D sloužiacute tavnaacute pojistka 2T250V Napěťoveacute

vstupy na modul VI150 jsou jištěny tavnou pojistkou F125250V Posuvnyacute potenciometr

umiacutestěnyacute na faacutezoveacutem vodiči L1 sloužiacute k demonstraci ochrany při faacutezoveacute nesymetrii

Komunikačniacute modul MTQ22 zajišťuje komunikaci mezi UMC a PC kdy prostřednictviacutem

Ethernetoveacute siacutetě jsme schopni čiacutest měřeneacute veličiny

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 55

64 Pracovniacute postup

1 Seznamte se s kontroleacuterem UMC100 a ostatniacutemi komponenty použityacutemi pro laboratorniacute

uacutelohu a se scheacutematem zapojeniacute uacutelohy

2 Připojte elektromotor a vstupniacute svorky na přiacuteslušneacute zdiacuteřky Před připojeniacutem vyacutekonoveacuteho

potenciometru ověřte měřeniacutem jeho minimaacutelniacute a maximaacutelniacute hodnotu odporu a

poznamenejte si je

3 Připojte potenciometr na určeneacute zdiacuteřky označeneacute čiacutesly 1 a 2 a nastavte hodnotu odporu

4 Po kontrole zapojeniacute vyučujiacuteciacutem zapněte pracoviště a nastavte autotransformaacutetor na 100

vyacutestupniacuteho napětiacute Zapněte hlavniacute jistič Kontrola a nastaveniacute komunikace mezi UMC

DX a VI

Nastaveniacute Komunikace se provede přes LCD displej naacutesledujiacuteciacutem způsobem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on

5 Stiskem tlačiacutetka VPŘED nebo VZAD na panelu uvedeme motor do chodu Pro přechod

z jednoho směru do druheacuteho je nutneacute nejprve zastavit motor tlačiacutetkem STOP Při

zastaveniacute je kontroleacuterem motor blokovaacuten po dobu 3s před dalšiacutem spuštěniacutem z důvodu

doběhu motoru Pohybem tlačiacutetek nahoru dolů pomociacute LCD v hlavniacute nabiacutedce - UMC -

můžeme sledovat aktuaacutelniacute proud motoru sdruženeacute napětiacute odebiacuteranyacute přiacutekon ze siacutetě

uacutečiniacutekhellip

6 Při provaacuteděniacute uacutelohy na brzdě (dynamometru) ověřte funkci ochrany při zablokovaacuteniacute

rotoru funkci ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a proudoveacutem přetiacuteženiacute

7 Při vybaveniacute každeacute z ochran zaznamenejte hodnotu kdy vypnula Před novyacutem startem je

důležiteacute přečiacutest zaacuteznam důvodu poruchy a proveacutest reset na panelu UMC100-PAN jinak je

START blokovaacuten

65 Měřeniacute

OCHRANA PŘED PŘEHŘAacuteTIacuteM MOTORU

Potenciometrem označenyacutem PTC je zvyšovaacutena hodnotu odporu do okamžiku kdy dojde

k odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě zapůsobeniacutem PTC ochrany Hodnota odporu potenciometru

při vybaveniacute ochrany je určena měřeniacutem na 341kΩ Odpoviacutedajiacuteciacute hodnotu teploty motoru

odečteme z grafu a hodnoty odporu potenciometru při vypnutiacute

Do tabulky zapište změřenou hodnotu odporu potenciometru při vypnutiacute Při teacuteto hodnotě odporu

odečtěte teplotu motoru z grafu Ziacuteskanou teplotu porovnejte s vypočtenou teplotou motoru

Tabulka naměřenyacutech a vypočtenyacutech hodnot

R ϑg R0 ϑ

[Ω] [degC] [Ω] [degC]

3410 136 1320 13626

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 56

Vyacutepočet vychaacuteziacute ze vztahu pro zaacutevislost elektrickeacuteho odporu vodiče na teplotě

(651)

kde

(652)

Po uacutepravě pak

α - teplotniacute součinitel elektrickeacuteho odporu (K-1

) (α = 001162 K-1

)

R0 - odpor potenciometru v zaacutekladniacute poloze

R - odpor potenciometru při vybaveniacute ochrany

ϑg - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute odečtenaacute z grafu

ϑ - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute ndash vypočtenaacute

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

R [

Ω]

ϑ [degC]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 57

Vinutiacute motoru je izolovaacuteno izolaciacute třiacutedy F (155)

Třiacuteda izolace A E B F H

Okolniacute teplota [degC] 40 40 40 40 40

Povolenyacute naacuterůst teploty [degC] 60 75 80 105 125

Teplotniacute rezerva 5 5 10 10 15

Konečnaacute teplota 105 120 130 155 180

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru [12]

OCHRANA PŘED NESPRAacuteVNYacuteM SLEDEM FAacuteZIacute

Nedodrženiacutem sledu napaacutejeciacutech faacutezovyacutech vodičů (zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů svorek L2 a L3)

jak je nastaveno v UMC provaacutediacute napěťovyacute modul blokaci startu motoru V tomto přiacutepadě

vybavuje neprodleně ochrana sledu faacuteziacute ndashPhase sequence Funkci zaznamenejte do protokolu

OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII

Zvyšovaacuteniacutem odporu vyacutekonoveacuteho potenciometru zapojeneacuteho ve faacutezi L1 (viz scheacutema zapojeniacute

uacutelohy) dochaacuteziacute k simulaci faacutezoveacute nesymetrie siacutetě Motor je odpojen v okamžiku kdy poklesne

hodnota sdruženeacuteho napětiacute mezi faacutezemi L3 a L1 přibližně na hodnotu Us = 380V Velikost

odporu při vybaveniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii činiacute 101Ω Hodnotu nesymetrie zaznamenejte

do protokolu

OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE

Ztraacuteta faacuteze se realizuje pomociacute spiacutenače v pracovniacutem stole kdy odpojiacuteme napaacutejeciacute faacutezi Změřte

čas od odpojeniacute faacuteze L2 do vybaveniacute ochrany při ztraacutetě faacuteze a poznamenejte do protokolu

66 Demonstrace ochran při použitiacute dynamometru

OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU

K testu ochrany při zablokovaacuteniacute rotoru posloužiacute dynamometr jehož hřiacutedel je spojenaacute se hřiacutedeliacute

asynchronniacuteho motoru pomociacute spojky Hřiacutedel dynamometru je poteacute mechanicky zablokovaacutena

Stiskem přiacuteslušneacuteho tlačiacutetka je proveden start motoru a sledovaacuten proud při odpojeniacute motoru od

siacutetě a čas odpojeniacute Proud při vybaveniacute ochrany při mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru dosaacutehl

hodnoty 1978A což odpoviacutedaacute 582In

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute ndash (High current protection)

Pro simulaci proudoveacuteho přetiacuteženiacute maacuteme nastavenou hodnotu odebiacuteraneacuteho proudu na 130 pro

odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě Snižovaacuteniacutem jmenovityacutech otaacuteček motoru pomociacute dynamometru

(bržděniacutem tzn n rarr 0) dochaacuteziacute k naacuterůstu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu I Odpojeniacute nastalo při

odebiacuteraneacutem proudu 447A Nastaveneacute hodnotě (13In ) naacuteležiacute proud 442A Tiacutem lze konstatovat

že vyacutesledek měřeniacute je srovnatelnyacute s hodnotami uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute

Stav proudoveacuteho podtiacuteženiacute nedostatečneacuteho proudoveacuteho zatiacuteženiacute použiacutevanyacute zejmeacutena u čerpadel

je simulovaacuten pomociacute dynamometru kdy je nastavenaacute hodnota poklesu aktuaacutelniacuteho proudu na

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 58

085In a čas odpojeniacute od siacutetě na 10s Po roztočeniacute a zatiacuteženiacute motoru na hodnotu jmenoviteacuteho

proudu jsou pomociacute dynamometru zvyšovaacuteny otaacutečky motoru n Tento proces maacute za naacutesledek

snižovaacuteniacute aktuaacutelniacuteho proteacutekaneacuteho proudu I kdy motor ztraacuteciacute zatiacuteženiacute Nastaveneacute hodnotě

podtiacuteženiacute odpoviacutedaacute aktuaacutelniacute proud 289A Při dosaženiacute teacuteto uacuterovně je spuštěn odpočet a motor za

10s odpojen

67 Vyhodnoceniacute a zaacutevěr

Vyacutesledkem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute technologiiacute pro diagnostiku

veličin při chodu trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru Při demonstračniacute simulaci ochran byly

dosaženy naacutesledujiacuteciacute vyacutesledky PTC ochrana vybavuje při hodnotě odporu 341kΩ Tato hodnota

odpoviacutedaacute teplotě ϑg = 136degC odečteneacute z grafu Vypočtenaacute teplota ϑ = 13626degC Vyacuterobce uvaacutediacute

zapůsobeniacute ochrany při hodnotě odporu v rozsahu 34-38kΩ Zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů L2 a

L3 proběhla okamžitaacute blokace spuštěniacute motoru Faacutezovaacute nesymetrie vybavila při poklesu napětiacute o

5 Ztraacutetou napaacutejeciacute faacuteze proběhlo odpojeniacute motoru v čase t = 15s Čas odpojeniacute odpoviacutedaacute třiacutedě

přetiacuteženiacute 5E kteraacute je nastavena

Při testu za použitiacute dynamometru bylo zjištěno že při zablokovaneacutem rotoru motoru zapůsobil

kontroleacuter při nastaveneacutem přetiacuteženiacute 3In Teacuteto hodnotě naacuteležiacute proud 102A Jelikož je nastavena

třiacuteda přetiacuteženiacute 5E ktereacute naacuteležiacute interval 15s a poteacute odpojeniacute motoru tak během tohoto okamžiku

vzrostla hodnota proudu na 1978A což odpoviacutedaacute 582In Při proudoveacutem přetiacuteženiacute odpoviacutedaly

vyacutesledky měřeniacute nastaveneacute hodnotě přetiacuteženiacute 13In Ve stavu proudoveacuteho podtiacuteženiacute zapůsobila

ochrana spraacutevně dle nastaveneacuteho poklesu proudu na 085In

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 23: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 23

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezek (Obr 26) opět popisuje svorky a monitorovaciacute prvky DX122

Obr 26 Vnějšiacute popis IO modulu DX122-FBP pro UMC100-FBP

1 releacuteoveacute vyacutestupy (čaacutest 1)

2 releacuteoveacute vyacutestupy (čaacutest 2)

3 analogovyacute vyacutestup

4 komunikačniacute port s UMC

5 popisovyacute štiacutetek

6 digitaacutelniacute vstupy (110V AC- 230V AC)

7 3 stavoveacute LED

zelenaacute ndash zařiacutezeniacute v provozu

žlutaacute ndash vyacutestraha

červenaacute ndash porucha modulu

8 svorky pro napaacutejeniacute 24 V DC

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 24

24 Proudovyacute měřiacuteciacute transformaacutetor

Proudoveacute měřiacuteciacute transformaacutetory sloužiacute pro měřeniacute většiacutech hodnot střiacutedavyacutech proudů než je

dovoleno měřiacuteciacutem přiacutestrojem a takeacute ke galvanickeacutemu odděleniacute vedeniacute od měřiacuteciacuteho přiacutestroje

Funkce je založena na principu elektromagnetickeacute indukce Primaacuterniacute vinutiacute je tvořeno silovyacutem

vodičem měřeneacuteho vedeniacute Průchodem proudu primaacuterniacutem vedeniacutem se v magnetickeacutem obvodu

(jaacutedru) vytvaacuteřiacute magnetickyacute tok Φ a na zaacutekladě Faradayova zaacutekona elektromagnetickeacute indukce se

v sekundaacuterniacutem vinutiacute indukuje napětiacute Na sekundaacuterniacute vinutiacute je připojena měřiacuteciacute soustava

Obr 27 Magnetizačniacute charakteristika feromagnetickeacuteho materiaacutelu

Z průběhu magnetizačniacute charakteristiky feromagnetickeacuteho materiaacutelu (zaacutevislosti magnetickeacute

indukce na intenzitě magnetickeacuteho pole ) je patrnyacute stav kdy dojde k nasyceniacute magnetickeacuteho

obvodu transformaacutetoru Při nasyceniacute dochaacuteziacute ke změně vlastnostiacute feromagnetickeacuteho materiaacutelu

a křivka se od lineaacuterniacuteho průběhu odklaacuteniacute (tzv koleno magnetizačniacute křivky)

Obr 28 Měřiacuteciacute transformaacutetor proudu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 25

241 Externiacute proudovyacute transformaacutetor CTs

Externiacute přiacutestrojovyacute transformaacutetor proudu (daacutele jen PTP) se použiacutevaacute v přiacutepadě je-li jmenovityacute

proud motoru vyššiacute než 63A tzn sloužiacute k přizpůsobeniacute proudoveacuteho rozsahu na hodnotu kterou

je schopno UMC změřit UMC100 je schopneacute pracovat pomociacute sveacuteho vnitřniacuteho transformaacutetoru

proudu s proudem 024A až 63A Použitiacutem externiacuteho proudoveacuteho transformaacutetoru je možneacute měřit

až do hodnoty 850A PTP k UMC100 majiacute převod 1854 3104 5004 a 8504 Sekundaacuterniacutemu

vinutiacute odpoviacutedajiacute 4A což uvaacutediacute popis jednotlivyacutech typů proudovyacutech transformaacutetorů uvedenyacutech v

Tab 23 (čiacuteslo uvedeneacute za lomiacutetkem) např CTxLxxxR4 PTP maacute definovanou třiacutedu přesnosti

3 v celeacutem rozsahu měřeneacuteho proudu K nasyceniacute magnetickeacuteho obvodu transformaacutetoru dochaacuteziacute

přibližně při osminaacutesobku jmenoviteacuteho proudu In Transformaacutetor je navržen s třiacutedou přesnosti

5P10 to znamenaacute že je deklarovaacutena průměrnaacute chyba menšiacute než 5 při 10 naacutesobku jmenoviteacute

hodnoty proudu

Typ Rozsah měřeneacuteho proudu

[A] Max proud CT

[A]

CT4L185R4 60 až 185 1480

CT4L310R4 180 až 310 2480

CT5L500R4 300 až 500 4000

CT5L850R4 500 až 850 6800

Tab 23 Typy externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů s měřenyacutem rozsahem proudu [1]

Přiacuteklad zvoleniacute přiacuteslušneacuteho proudoveacuteho transformaacutetoru

Maacuteme-li asynchronniacute motor se jmenovityacutem proudem napřiacuteklad In =190 A a rozběhovyacutem proudem

pak

(241)

Podle jmenoviteacuteho proudu motoru In ležiacuteciacuteho v rozsahu měřeneacuteho proudu přiacuteslušneacuteho CT

určiacuteme typ CT Nachaacuteziacute-li se jmenovityacute proud na mezi některeacuteho z měřenyacutech rozsahů CT voliacute se

takovyacute transformaacutetor kteryacute maacute většiacute hodnotu maximaacutelniacuteho proudu než vyacuteslednyacute proud

vypočtenyacute Pro přiacutepad kdy In = 190 A je zvolenyacute typ CT4L310R4 Maximaacutelniacute proud Imax splňuje

požadavek kdy Imax lt max proud CT [1]

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezky představujiacute konstrukce externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 26

Obr 29 Konstrukce CT4L185R4 a CT4L310R4 [3]

Obr 210 Konstrukce CT5L500R4 a CT5L850R4 [3]

Zapojeniacute svorkovnice proudoveacuteho transformaacutetoru CTxLxxxR4 a propojeniacute s integrovanyacutem

proudovyacutem transformaacutetorem UMC100 Na Obr 211 je takeacute ukaacutezka zapojeniacute měřiacuteciacuteho modulu

VI150 na přiacutevodniacutech faacuteziacutech motoru a dodrženyacutem spraacutevnyacutem sledem faacutezovyacutech vodičů

Obr 211 UMC100-FBP s CT a VI150 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 27

Obecně platiacute že vyacutevody sekundaacuterniacuteho vinutiacute měřiacuteciacuteho transformaacutetoru proudu jsou buď

zapojeny na zaacutetěž nebo jsou propojeny do zkratu a jeden z vyacutevodů je uzemněn Princip je patrnyacute

z Obr 212 V praxi dochaacuteziacute k několika chybaacutem způsobenyacutech neznalostiacute problematiky Jednou

může byacutet neuzemněniacute jedneacute ze svorek sekundaacuterniacuteho vinutiacute Pak vznikaacute kapacitniacute vazba a

sekundaacuterniacute vinutiacute v nepřiacutezniveacutem přiacutepadě může vysokyacutem napětiacutem termionicky působit - jiskřit na

kostru Při delšiacutem trvaacuteniacute jiskřiveacuteho vyacuteboje v jednom miacutestě se mohou vytvořit vodiveacute cesty a dojiacutet

k průrazu izolace vodiče k nežaacutedouciacutemu potenciaacutelu [8]

Obr 212 Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů proudu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 28

25 Monitorovaciacute zařiacutezeniacute zemniacuteho spojeniacute CEM11-FBP

Monitorovaciacute zařiacutezeniacute CEM11 sloužiacute pro sledovaacuteniacute svodovyacutech proudů respektive zemniacutech

poruch způsobenyacutech nejčastěji poškozenou izolaciacute Detekovaacuteniacute takoveacuteto zemniacute poruchy vede

k odpojeniacute motoru aby nedošlo k jeho většiacutemu poškozeniacute nebo vede k upozorněniacute obsluhy

Možneacute použitiacute je jak v siacutetiacutech uzemněnyacutech tak i neuzemněnyacutech

Průvlečneacute oko je tvořeno toroidniacutem transformaacutetorem kteryacutem jsou vedeny všechny 3 faacutezoveacute

vodiče motoru Zařiacutezeniacute hliacutedaacute to aby součet faacutezorů proudů byl nulovyacute Jakmile dojde k zemniacutemu

spojeniacute tzn součet faacutezorů proudů je nenulovyacute integrovanaacute elektronika CEM11 sepne nebo

rozepne vyacutestup Vyacutestup z CEM11 pracuje jako kontakt kteryacute detekovanou hodnotou proudu

sepne nebo rozepne 24V DC jenž poteacute může byacutet připojeno jako např digitaacutelniacute vstup do UMC

Nastaveniacute zpožděniacute sepnutiacute varovaacuteniacute nebo odpojeniacute lze zvolit v UMC a to v rozsahu od 01s ndash

255s Nastaveniacute citlivosti spiacutenaacuteniacute je možneacute v několika krociacutech Poloha přepiacutenače (0-7) s toleranciacute

na pozici 0 cca plusmn30 a daacutele vždy s toleranciacute cca plusmn10

CEM11 je možneacute uložit spolu s ostatniacutemi komponenty na DIN lištu normovaneacuteho rozměru

35mm nebo pomociacute přiacutedavneacuteho klipu pro nejmenšiacute rozměr CEM11-FBP20 [1]

Průměr průvlečneacuteho

oka [mm]

Proudovyacute rozsah

[mA]

20 80 - 1700

35 100 - 3400

60 120 - 6800

120 240 - 13600

Tab 24 Rozměry vyraacuteběnyacutech CEM11-FBPs udaacutevanyacutemi hodnotami svodovyacutech proudů

Obr 213 Zapojeniacute CEM11-FBP do obvodu [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 29

26 Napaacutejeciacute zdroj

Pro napaacutejeniacute modulů UMC100 DX122 a VI150 sloužiacute zdroj typu CP-D 2413 Jednaacute se o

napaacutejeciacute zdroj kteryacute na sveacutem vyacutestupu dovoluje regulaci napětiacute 24-28V DC s toleranciacute plusmn 1

Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute je umožněna z důvodu připojeniacute modulů na dlouheacute vedeniacute kde

vznikajiacute uacutebytky napětiacute praacutevě vlivem deacutelky vedeniacute Zpravidla klesne-li na vedeniacute napětiacute od

jednoho zdroje na ktereacutem je nastaveno maximaacutelniacute vyacutestupniacute napětiacute pod minimaacutelniacute hodnotu

potřebnou pro napaacutejeniacute modulu je nutneacute použiacutet dalšiacute napaacutejeciacute zdroj Maximaacutelniacute proud zdroje je

Imax = 13A a jmenovityacute vyacutestupniacute vyacutekon 30W Tento typ zdroje je diacuteky svyacutem modulaacuterniacutem

rozměrům možneacute umiacutestit na DIN lištu (EN50022-35) [6]

Naacutesledujiacuteciacute zatěžovaciacute charakteristika znaacutezorňuje zaacutevislost svorkoveacuteho napětiacute zdroje na

odebiacuteraneacutem proudu pro teplotu T=25degC

Obr 214 Zatěžovaciacute charakteristika zdroje CP-D 2413[6]

Obr 215 Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 30

27 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

Tento modul poskytuje komunikaci pro FieldBusPlug zařiacutezeniacute jako je např UMC100

s počiacutetačem prostřednictviacutem siacutetě Ethernet K MTQ22 lze připojit až 4 zařiacutezeniacute pro uacutesporu

naacutekladů Naacutesledujiacuteciacute popis je vztažen k Obr 216 kde jsou znaacutezorněny jednotliveacute čaacutesti modulu

1 konektory s označeniacutem X1 až X4 sloužiacute pro připojeniacute až 4 zařiacutezeniacute FBP

2 LED diody pro signalizaci aktuaacutelniacuteho stavu komunikace

3 micro USB konektor s označeniacutem X5 pro připojeniacute a konfiguraci pomociacute PC

4 dvě RJ45 zaacutesuvky s označeniacutem E1 a E2 pro připojeniacute pomociacute Ethernetoveacuteho kabelu

5 konektor pro připojeniacute 24V DC napaacutejeciacuteho napětiacute nese označeniacute X6

Obr 216 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 31

OCHRANNEacute FUNKCE 3Kontroleacuter nabiacuteziacute velkeacute množstviacute ochrannyacutech funkciacute potřebnyacutech pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacuteho chodu

motoru Některeacute funkce jsou aktivniacute pouze po čaacutest běhu motoru typicky při startu motoru jineacute

po jeho rozběhu Naacutesledujiacuteciacute tabulka (Tab 31) nastiacuteniacute přehled nejdůležitějšiacutech ochran motoru a

čas kdy jsou aktivovaacuteny

Ochrannaacute funkce Aktivniacute

Při tepelneacutem přetiacuteženiacute Vždy

Při zablokovaneacutem rotoru Při startu motoru

Při proudoveacutem přetiacuteženiacute Po startu

Při proudoveacutem podtiacuteženiacute Po startu

Sled faacuteziacute Vždy

Při faacutezoveacute nesymetrii Vždy

Při ztraacutetě faacuteze Vždy

PTC ochrana Vždy

Při zemniacutem spojeniacute Vždy po spuštěniacute

Při napěťovyacutech špičkaacutech Vždy

Při harmonickeacutem zkresleniacute Vždy

Tab 31 Ochranneacute funkce [1]

Nastaveniacute parametrů jednotlivyacutech ochran probiacutehaacute pomociacute UMC100-PAN

31 Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute

UMC100 disponuje nastavitelnyacutem vypiacutenaacuteniacutem při tepelneacutem přetiacuteženiacute podle třiacuted 5E 10E 20E

30E a 40E viz Obr 31 Tyto třiacutedy uvaacutedějiacute poměr mezi aktuaacutelniacutem prochaacutezejiacuteciacutem proudem

motorem I a jmenovityacutem proudem motoru In uvedenyacutem na štiacutetku v zaacutevislosti na maximaacutelniacute době

rozběhu t

Třiacuteda 5E 10E 20E 30E 40E

t [s] 15 3 6 3 12

Tab 32 Třiacutedy přetiacuteženiacute a čas odpojeniacute

Lze hovořit o dvou typech rozběhu motoru

1 normaacutelniacute rozběh - do 10s

2 těžkyacute rozběh - viacutece jak 10s

Při rozběhu zatiacuteženeacuteho motoru se otaacutečky zvyšujiacute z nuloveacute hodnoty na jmenovitou přičemž

dochaacuteziacute k naacuterůstu proudu až na několikanaacutesobek jeho jmenoviteacute hodnoty Zpravidla u většiacutech

motorů byacutevaacute naacuterůst až 10In tudiacutež v tento bdquokritickyacuteldquo okamžik nesmiacute vybavit ochrana na tepelneacute

přetiacuteženiacute Rozběh motoru pro UMC končiacute při poklesu proudu I na hodnotu 135 proudu

jmenoviteacuteho In nebo při dosaženiacute jmenovityacutech otaacuteček nn Udaacutevaneacute časy představuje Tab 32

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 32

311 Určeniacute teploty vinutiacute a vypiacutenaciacute třiacutedy

Podle způsobu určeniacute teploty vinutiacute motoru se ochrany rozlišujiacute na proudově nezaacutevisleacute a

proudově zaacutevisleacute

Proudově nezaacutevisleacute ochrany měřiacute přiacutemo teplotu ve vinutiacute motoru pomociacute vhodneacuteho čidla

teploty zpravidla termistoru Tiacutemto způsobem lze zjistit nedovoleneacute otepleniacute způsobeneacute např

poruchou cirkulace vzduchu kterou proudově zaacutevislaacute ochrana neniacute schopna vyhodnotit

Proudově zaacutevisleacute ochrany vyhodnocujiacute teplotu vinutiacute motoru nepřiacutemo a to prostřednictviacutem

vyacutepočtoveacuteho modelu z provozniacuteho proudu motoru Zvyacutešeniacute provozniacuteho proudu motoru maacute za

naacutesledek otepleniacute ktereacute vede trvaacute-li delšiacute dobu k poškozeniacute nebo zničeniacute motoru Ochrana při

tepelneacutem přetiacuteženiacute ndash TOL chraacuteniacute motor před přehřaacutetiacutem Tepelnyacute model je vypočiacutetaacutevaacuten za chodu i

v klidu motoru a z těchto stavů se pak zjistiacute tepelnaacute kapacita Znalost teacuteto hodnoty vede

k maximalizaci produktivity Funkčnost tepleneacuteho modelu je v souladu s normou

Při použitiacute motoru pro cyklickeacute operace dochaacuteziacute ke schodoviteacutemu zvyšovaacuteniacute teploty motoru Je

zapotřebiacute volit spraacutevnyacute čas intervalu mezi cykly aby nedochaacutezelo k přehřaacutetiacute a zbytečneacutemu

poškozeniacute izolace vinutiacute motoru

Funkce Thermal load (tzv tepelnaacute zaacutetěž) hliacutedaacute poměr aktuaacutelniacuteho prochaacutezejiacuteciacuteho proudu I a

jmenoviteacuteho proudu In motoru Jakmile poměr IIn přesaacutehne 100 začiacutenaacute odpočet TTT a motor

bude odpojen po uplynutiacute nastaveneacute periody Možnost opětovneacuteho spuštěniacute přetiacuteženeacuteho motoru

proběhne po jeho vychladnutiacute To je možneacute nastavit dvěma způsoby [1]

1 Ručně nastavenou periodou během ktereacute je motor blokovaacuten proti spuštěniacute

(ovlivňovaacuteno velikostiacute motoru teplotou prostřediacute kde je motor použit zda je vybaven

ventilaacutetorem či neniacute apod)

2 Nastaveniacutem procentuaacutelniacute hodnoty tepelneacute kapacity do ktereacute nebude moci obsluha

motor spustit (při nastaveniacute 50 nedojde k odblokovaacuteniacute ochrany pokud neklesne

tepelnaacute kapacita pod zadanou hodnotu)

Určeniacute vypiacutenaciacute třiacutedy je představeno na naacutesledujiacuteciacutem přiacutekladu

Maacuteme-li trojfaacutezovyacute asynchronniacute motor o vyacutekonu 22kW poměr IIn = 5 a maximaacutelniacute dobu

rozběhu to = 10s Z přiloženeacuteho grafu vypiacutenaciacutech třiacuted pro studenyacute motor určiacuteme požadovanou

třiacutedu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 33

Obr 31 Vypiacutenaciacute třiacutedy pro UMC100-FBP[1]

Z vyacutesledku je patrneacute že motor budeme vypiacutenat proti přetiacuteženiacute podle třiacutedy 5E jelikož křivka

pro 5E je pod maximaacutelniacute dobou rozběhu to = 10s Pokud by došlo ke zvoleniacute např třiacutedy 10E

hrozilo by poškozeniacute motoru jelikož by na motor působilo přetiacuteženiacute delšiacute dobu než je tomu

dovoleno [10]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 34

32 Ochrana při zablokovaneacutem rotoru

V okamžiku připojeniacute motoru na napaacutejeciacute siacuteť se rotor neotaacutečiacute (n = 0 s = 1) Motor je ve

stavu nakraacutetko a jeho proud je omezen pouze ohmickyacutemi odpory a rozptylovyacutemi reaktancemi

vinutiacute Zaacuteběrnyacute proud I1z dosahuje většinou 4 až 10 x většiacutech hodnot než proud jmenovityacute In

Určit velikost tohoto proudu je možneacute ze vztahu 321

radic

kde

U1 - Vstupniacute napětiacute

R1 - Odpor primaacuterniacuteho vinutiacute

Xr1 - Reaktance statoroveacuteho vinutiacute

Xrsquor20 - Reaktance zabrzděneacuteho rotoru

Rlsquo2s - Celkovyacute činnyacute odpor rotoru

RFe - Činnyacute odpor magnetickeacuteho obvodu

Xm - Reaktance magnetickeacuteho obvodu

I1z - Zaacuteběrnyacute proud

Obr 32 Obvodovyacute model asynchronniacuteho motoru pro jednu faacutezi statoroveacuteho vinutiacute ndash nakraacutetko

Velkyacute zatěžovaciacute moment Mz nebo mechanickaacute porucha může zapřiacutečinit zablokovaacuteniacute rotoru

Ochrannaacute funkce detekuje dlouhou počaacutetečniacute situaci kteraacute je praacutevě důsledkem zmiacuteněnyacutech přiacutečin

UMC100 tiacutemto odpojiacute motor od napaacutejeniacute čiacutemž ho ochraacuteniacute od nadměrneacuteho tepelneacuteho namaacutehaacuteniacute

V uživatelskeacutem prostřediacute je možneacute individuaacutelně nastavit jak maximaacutelniacute proud tak i čas po

ktereacutem dojde k odpojeniacute zablokovaneacuteho motoru Pro experimentaacutelniacute použitiacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy je nastavena hodnota poměru pro odpočet a naacutesledneacute odpojeniacute IIn na 300 [1] [9]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 35

33 Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute zabezpečiacute odpojeniacute motoru vyskytne-li se v obvodu většiacute

hodnota proudu než nastavenaacute jmenovitaacute In Bliacuteže tuto funkci představiacute přiloženyacute průběh Funkce

je aktivniacute až po roztočeniacute motoru v okamžiku rozběhu je neaktivniacute

Princip ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Do okamžiku T1 od zapnutiacute klesne zaacuteběrnyacute proud na hodnotu cca Ix = 135 In V časoveacutem

uacuteseku T1 až T2 dochaacuteziacute k naacuterůstu prochaacutezejiacuteciacuteho proudu motorem V okamžiku T2 překročiacute

proud hodnotu Ivar Tiacutemto okamžikem začne odpočet nastaveneacute doby zpožděniacute tvar kteraacute po

uplynutiacute sepne signalizaci varovaacuteniacute nadproudoveacuteho přetiacuteženiacute Odpočet doby tvar narůstaacute je-li

proud motorem I gt Ivar Jakmile proud I ge Iodp dochaacuteziacute k sepnutiacute čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute todp

Platiacute-li podmiacutenka I ge Iodp a dojde k načteniacute hodnoty todp UMC100 odpojiacute motor od napaacutejeniacute a tiacutem

zabraacuteniacute jeho poškozeniacute

Obr 33 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu přetiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash dosaženiacute vysokeacute proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash dosaženiacute hodnoty proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

34 Ochrana při proudoveacutem podtiacuteženiacute

Jakmile hodnota (činneacuteho) proudu klesne pod nastavenou uacuteroveň kteraacute je pro danyacute proces

typickaacute dojde v UMC100 k vybaveniacute ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a motor odpojiacute od

napaacutejeniacute Tato ochrana se předevšiacutem využiacutevaacute pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacute funkce čerpadla když detekuje

ztraacutetu jeho saacuteniacute či pro paacutesoveacute dopravniacuteky ve vyacuterobniacutech provozech Včasneacute varovaacuteniacute a odpojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 36

motoru snižuje zejmeacutena prostoje vyacuteroby Princip varovaacuteniacute a odpojeniacute je představen na

naacutesledujiacuteciacutem průběhu jak tomu bylo u ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Princip ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute zobrazeneacuteho průběhu

Po poklesu aktuaacutelniacuteho proudu v okamžiku T1 motor normaacutelně běžiacute V časoveacutem uacuteseku T1 až

T2 dochaacuteziacute k poklesu proudu pod jmenovitou hodnotu In až na nastavenou hodnotu Ivar Při

dosaženiacute teacuteto hodnoty začne odpočet varovaacuteniacute proudoveacuteho podtiacuteženiacute Nepřesaacutehne-li proud za

dobu kratšiacute než tvar mez Ivar (tzn nevzroste-li se zpět k In) dojde ke spuštěniacute signalizace

proudoveacuteho podtiacuteženiacute Při pokračujiacuteciacutem poklesu proudu jak je patrneacute v časoveacutem intervalu T2-T3

až na mez Iodp dojde k čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute Při překročeniacute nastaveneacute doby todp a za

podmiacutenky že proud I le Iodp UMC100 motor odpojiacute od napaacutejeciacute siacutetě

Obr 34 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash niacutezkaacute proudovaacute uacuteroveň kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash hodnota proudu kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

Popis funkce ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute blokoveacuteho scheacutematu

Signaacutel Istart představuje hodnotu proudu po startu motoru- log 1(tzn Signalizace motoru v

chodu) Tento signaacutel tvořiacute vstup logickeacuteho hradla AND (1) Funkci tohoto hradla znaacutezorňuje

přiloženaacute tabulka Tab 33 Druhyacute vstup signalizuje aktuaacutelniacute hodnotu proudu kteraacute motorem

proteacutekaacute Je-li proud IltIvar detekuje hradlo AND druhou logickou jedničku a hradlo vybaviacute podle

přiloženeacute tabulky Tento signaacutel z hradla aktivuje časovač zpožděniacute varovaacuteniacute Po uplynutiacute

nastaveneacuteho časoveacuteho uacuteseku signalizuje podtiacuteženiacute Dochaacuteziacute-li staacutele k poklesu proudu až do

uacuterovně kdy IltIodp pak na druheacutem logickeacutem hradle AND (2) budou na vstupu log 1 Sepne

čiacutetaacuteniacute zpožděniacute vypnutiacute a po uplynutiacute doby UMC motor vypne

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 37

Obr 35 Blokoveacute scheacutema ochrany proti proudoveacutemu podtiacuteženiacute [1]

Vstup Vyacutestup

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

Tab 33 Princip funkce logickeacuteho hradla AND

341 Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek

Při chodu asynchronniacuteho motoru odebiacuteraacute stroj ze siacutetě jalovyacute proud kteryacute je potřebnyacute pro

vytvořeniacute magnetizace hlavniacuteho magnetickeacuteho obvodu Tento tzv magnetizačniacute proud je

nezaacutevislyacute na zatiacuteženiacute stroje Uplatněniacute nalezne zejmeacutena při chodu napraacutezdno a maleacutem zatiacuteženiacute

kdy je uacutečiniacutek motoru niacutezkyacute Motor maacute tedy nejleacutepe pracovat při plneacutem zatiacuteženiacute[11]

Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek jsou důležiteacute parametry pro detekovaacuteniacute niacutezkeacute zaacutetěže nebo situace bez

zaacutetěže např uzavřenyacute ventil Pomociacute napěťoveacuteho modulu VI15x a UMC je měřeno sdruženeacute

(faacutezoveacute) napětiacute faacutezovyacute proud čili i faacutezovyacute posuv mezi proudem a napětiacutem - cos φ Pomociacute těchto

parametrů je UMC schopneacute analogicky spočiacutetat hodnotu činneacuteho přiacutekonu

radic

Poklesne-li poteacute činnyacute přiacutekon pod nastavenou procentuaacutelniacute hodnotu P (př 85 Pn) motor vypne

tj bude-li PPn le 085

Experimentaacutelniacutem měřeniacutem v raacutemci laboratorniacute uacutelohy byla pomociacute přiacutestroje Yokogawa WT1800

změřena zaacutevislost uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute motoru Z vyacutesledneacuteho grafu (Obr 37) je

patrneacute že se snižovaacuteniacutem zatiacuteženiacute rotoru klesaacute velikost uacutečiniacuteku Naměřeneacute hodnoty pro konstrukci

grafu jsou uvedeny v přiacuteloze

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 38

Obr 36 Charakteristiky asynchronniacuteho motoru při zatiacuteženiacute [11]

Obr 37 Graf zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti P2

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

01

02

03

04

05

06

07

08

09

0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000

P1 [

W]

cos

ϕ [

-]

P2 [W]

P2 P1 Q1

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 39

35 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

Princip ochrany

Je-li poměr nejnižšiacuteho proudu (Imin) a nejvyššiacuteho proudu (Imax) ve faacuteziacutech nad nastavenou

uacuterovniacute pro varovaacuteniacute sepne signalizace ztraacutety faacuteze Jakmile ovšem tento poměr překročiacute

nastavenou hodnotu pro odpojeniacute motoru sepne zpožděniacute vypnutiacute a podle nastaveneacute třiacutedy

přetiacuteženiacute motor po uplynutiacute časoveacuteho intervalu odpojiacute

Funkce faacutezoveacute nesymetrie je aktivniacute pouze tehdy je-li proud ve všech třech faacuteziacutech gt 25 In

(jmenoviteacuteho proudu) [1]

Naacutesledujiacuteciacute rovnice představuje vyacutepočet procentuaacutelniacuteho poměru proudu pro vypnutiacute motoru při

uacuteplneacute ztraacutetě faacuteze

(

)

36 Ochrana sledu faacuteziacute

Ochrana sledu faacuteziacute hliacutedaacute zejmeacutena spraacutevnyacute směr otaacutečeniacute motoru Důležiteacute pro použitiacute teacuteto

ochrany je miacutesto zapojeniacute napěťoveacuteho modulu VI15x Pokud by byl modul zapojen za stykači

nastala by chyba při reverzniacutem zapojeniacute Na stykačiacutech dochaacuteziacute zapojeniacutem k zaacuteměně dvou

faacutezovyacutech vodičů a tiacutem i změně směru otaacutečeniacute motoru UMC s pomociacute VI150 vyhodnotiacute situaci

jako chybovou a vypne motor Napěťovyacute modul se tedy zpravidla umiacutesťuje hned za hlavniacute jistiacuteciacute

prvek viz Obr 44

37 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Jedno z největšiacutech nebezpečiacute pro motor představuje ztraacuteta jedneacute napaacutejeciacute faacuteze Chod na 2

napaacutejeciacute faacuteze zatěžuje motor na tepelneacute uacutečinky proudu vlivem zvyacutešeniacute proudu ve zbylyacutech 2

faacuteziacutech UMC100 v tomto přiacutepadě vypiacutenaacute motor podle předem stanovenyacutech časovyacutech intervalů

Intervaly vypnutiacute jsou stejneacute jako pro ochranu proti proudoveacutemu přetiacuteženiacute (Tab 32) a

odpoviacutedajiacute nastaveneacute třiacutedě přetiacuteženiacute Tuto ochranu dřiacuteve zajišťovalo tepelneacute releacute ktereacute v tomto

přiacutepadě nemusiacute byacutet použito

38 PTC ochrana

381 Termistor

Termistor je polovodičovyacute nelineaacuterniacute dvojpoacutel jehož odpor se měniacute v zaacutevislosti na teplotě

prostřediacute ve ktereacutem pracuje Jeho vyacutehodou je že velmi rychle a citlivě reaguje na změnu teploty

Rozlišujeme zpravidla 2 druhy termistorů

1 NTC (Negative Temperature Coefficient) - termistor se zaacutepornyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou klesaacute jeho odpor (roste elektrickaacute vodivost a proud)

2 PTC (Positive Temperature Coefficient) ndash termistor s kladnyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou jeho odpor roste

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 40

Obr 38 Zaacutevislost odporu termistoru na teplotě

Použitiacute termistorů

NTC termistory se použiacutevajiacute zpravidla k měřeniacute teploty PTC se nejčastěji využiacutevaacute

v kuchyňskyacutech spotřebičiacutech kde je požadovaacutena konstantniacute teplota v termostatech a pro hliacutedaacuteniacute

teploty vinutiacute motorů

382 Princip PTC ochrany v UMC

Ochrana obecně spadaacute do skupiny proudově nezaacutevislyacutech ochran Pro připojeniacute PTC

termistoru sloužiacute na UMC100 svorky s označeniacutem T1 a T2 PTC zvyšuje svůj odpor s rostouciacute

teplotou proto je možneacute ho použiacutet pro hliacutedaacuteniacute teploty např vinutiacute statoru UMC je schopneacute

vyhodnotit tuto změnu odporu a vydaacute signaacutel k odpojeniacute motoru od siacutetě [7]

39 Ochrana při zemniacutem spojeniacute

Ochrana při zemniacutem spojeniacute spočiacutevaacute v ochraně motoru siacutetě a technologie při nežaacutedouciacutech

vlivech způsobenyacutech zejmeacutena staacuternutiacutem izolace a jejiacutem zhoršenyacutem izolačniacutem uacutečinkem

Naacutesledkem přetěžovaacuteniacute vedeniacute vlhkostiacute kondenzaciacute vody v elektrickeacutem zařiacutezeniacute nebo vrstvou

vodiveacuteho prachu jsou praacutevě zhoršeneacute vlastnosti izolačniacuteho materiaacutelu To vede k nechtěneacutemu

zemniacutemu spojeniacute Zemniacute spojeniacute je monitorovaacuteno pomociacute UMC spolu se zařiacutezeniacutem CEM11 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 41

DEMONSTRAČNIacute PŘIacutePRAVEK 4

41 Naacutevrh přiacutepravku

Pro demonstraci UMC100 a dalšiacutech prvků řady produktů od společnosti ABB sro byl

navržen přiacutepravek pomociacute software AutoCAD a Inventor Professional kteryacute byl poteacute zrealizovaacuten

a oživen Nosnaacute konstrukce (Obr 41) je vyrobena z jӓckelu o rozměru 25x25mm

Obr 41 Nosnaacute konstrukce

Čelniacute panel tvořiacute plech s rozměry 500x400mm a tloušťky 2mm Plech je osazen

rozvaděčovyacutemi kanaacutely 25x60mm a všemi potřebnyacutemi komponentami pro realizaci zapojeniacute

Vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho panelu s otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky a ovlaacutedaciacute tlačiacutetka motoru je na

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

Seznam použityacutech komponent Vyacuterobce

3-poacutelovyacute jistič C16 OEZ

Pojistkoveacute pouzdro RSP 4 Elektro Bečov

Komunikačniacute modul MTQ22-FBP ABB

Motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP ABB

Napěťovyacute modul VI150-FBP ABB

Rozšiřovaciacute modul DX122-FBP ABB

Ministykač LC1K09(LC1K12) Schneider Electric

Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A ABB

Rozvaděčovyacute kanaacutel 25x60mm KOPOS

Přiacutestrojoveacute zdiacuteřky 4mm do panelu AMASS

Tlačiacutetka do panelu 250V1A JIETONG

Tab 41 Seznam použityacutech komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 42

Pro konstrukci je důležiteacute aby navrženyacute panel rozměrově odpoviacutedal všem potřebnyacutem přiacutestrojům

a modulům Pro tuto přiacuteležitost je pomociacute software AutoCAD vytvořen vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho

panelu Obr 43 kteryacute je konstruovaacuten

Navrženyacute nosnyacute plech tloušťky 2mm na ktereacutem jsou umiacutestěny veškereacute komponenty Obr 42

Ve vrchniacute polovině plechu jsou vyvrtaacuteny otvory o průměru 4mm sloužiacuteciacute pro uchyceniacute

rozvaděčoveacuteho kanaacutelu a DIN lišty Ve středniacute čaacutesti plechu jsou 4 průvlečneacute otvory určeneacute k

průchodu vodičů ze zadniacute čaacutesti plechu (od napaacutejeciacutech svorek) do rozvaděčoveacuteho kanaacutelu na straně

předniacute Pro tuto potřebu jsou stejneacute otvory vyvrtaacuteny takeacute do dna kanaacutelu Ve spodniacute čaacutesti jsou

otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky pomociacute kteryacutech je zajištěno napaacutejeniacute panelu a poteacute napaacutejeniacute motoru

a 3 otvory na ovlaacutedaciacute tlačiacutetka k zajištěniacute ovlaacutedaacuteniacute motoru Uchyceniacute plechu k nosneacute konstrukci

je provedeno samořeznyacutemi šroubky M5 v roziacutech plechu

Obr 42 Naacutevrh plechu panelu

Vyacutekres plechu s udaacuteniacutem koacutet je obsažen v přiacuteloze praacutece viz Obr 01

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 43

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 44

42 Scheacutema zapojeniacute přiacutepravku

Demonstračniacute panel je uzpůsoben pro reverzniacute chod trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 44 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho přiacutepravku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 45

43 Vyacuteslednyacute přiacutepravek

Vyacuteslednyacute osazenyacute a zapojenyacute přiacutepravek určenyacute pro laboratorniacute uacutelohu doplněnyacute vhodnyacutemi

štiacutetky pro ovlaacutedaacuteniacute a zapojeniacute napaacutejeciacute siacutetě (VSTUP) a motoru (VYacuteSTUP)

Obr 45 Demonstračniacute přiacutepravek

Zadniacute čaacutest panelu s izolovaacuteniacutem konektorů FASTON pomociacute teplem smrštitelneacute bužiacuterky před

nebezpečnyacutem dotykem živeacute čaacutesti

Obr 46 Zadniacute pohled

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 46

44 Demonstračniacute kufr pro ABB

Pro společnost ABB sro byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 prezentujiacuteciacute

jeho možnosti Zaacutekladniacutem požadavkem naacutevrhu bylo řešeniacute pomociacute jednofaacutezoveacuteho napaacutejeniacute

Jelikož UMC100 je uzpůsobeno pro chod trojfaacutezovyacutech motorů je použit frekvenčniacute měnič

ACS50 kteryacute nabiacuteziacute při napaacutejeniacute pomociacute jednofaacutezoveacute siacutetě na sveacutem vyacutestupu napětiacute 3x230V50Hz

Pro digitaacutelniacute vstupy UMC100 a rozšiřovaciacuteho modulu DX111 je navrženo použitiacute dvoupoacutelovyacutech

paacutečkovyacutech přepiacutenačů s funkciacute (ON)-OFF-ON s napětiacutem 24V DC K signalizaci aktivniacutech vstupů

a vyacutestupů je navrženo použitiacute zelenyacutech signaacutelek Ovlaacutedaciacute panel kufru obsahuje spiacutenače pro

simulaci ztraacutety napaacutejeciacute faacuteze motoru potenciometr k simulaci faacutezoveacute nesymetrie daacutele červenou

signaacutelku pro signalizaci poruchovyacutech stavů a žlutou pro chod motoru Všechny přepiacutenače a

signaacutelky jsou přiacutestupneacute uživateli prostřednictviacutem navrženeacuteho ovlaacutedaciacuteho panelu kteryacute současně

posloužiacute jako kryt kufru (Obr 02) Jelikož pro přenosnyacute kufr neniacute nejvhodnějšiacute použitiacute

asynchronniacuteho motoru je proto použit 6-poacutelovyacute synchronniacute motor s přiacutekonem 23VA

vyacutestupniacutem vyacutekonem 105W a jmenovityacutem proudem 100mA

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 47

Obr 47 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho kufru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 48

SIMULACE OCHRAN 5Kapitola obsahuje soupis simulaciacute ochran ktereacute jsou demonstrovaacuteny v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jež se zabyacutevaacute problematikou UMC100 Z širokeacute škaacutely ochran jsou vybraacuteny 4 situace ktereacute

se v průmyslu často vyskytujiacute

51 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

K nasimulovaacuteniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii je použit posuvnyacute potenciometr kteryacute je

připojen na svorky (12) Pomociacute potenciometru bude snižovaacutena velikost napětiacute na přiacutevodniacute faacutezi

do motoru (L1) Pro demonstraci ochrany je použit napěťovyacute modul VI150 spolu s UMC100 Na

svorky modulu označeneacute (L1L2 a L3) jsou přivedeny faacuteze v uvedeneacutem sledu Při zvyšovaacuteniacute

odporu rezistoru ve faacutezi dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute napětiacute na přiacutevodniacute svorce (L1) vlivem rostouciacuteho

uacutebytku napětiacute na daneacutem rezistoru Je-li napěťovyacute modul propojen vodičem s UMC a je-li spraacutevně

nastaven UMC vyhodnotiacute po určiteacutem poklesu napětiacute a naacuterůstu proudu ve zbylyacutech dvou faacuteziacutech

(L2 a L3) jako chybovou a vybaviacute Nejprve bude vybaveno varovaacuteniacute a poteacute dojde k odpojeniacute

motoru

52 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze je motor vystaven vysokeacutemu riziku což většinou vede k jeho

zničeniacute Demonstrace ochrany proběhne uacuteplnyacutem odpojeniacutem napaacutejeciacute faacuteze L2 Pro vybaveniacute

ochrany neniacute zapotřebiacute aby byl motor v chodu neboť použitiacute napěťoveacuteho modulu VI150

detekuje nepřiacutetomnost napětiacute faacuteze a vybaviacute Při chodu motoru ochrana vybaviacute od 15s pro třiacutedu

5E a do 12s pro 40E podle nastaveneacute třiacutedy přetiacuteženiacute viz Tab 32 Princip funkce při chodu

motoru spočiacutevaacute v porovnaacuteniacute nejvyššiacute a nejnižšiacute naměřeneacute hodnoty faacutezoveacuteho proudu s

nastavenyacutemi uacuterovněmi Vyacutehodou je že signalizuje varovaacuteniacute ještě před samotnyacutem spuštěniacutem

motoru kdy může nastat stav že je přepaacutelena pojistka a obsluha toto nezaznamenala Mimo

přepaacuteleneacute pojistky se může takeacute jednat o uvolněnyacute nebo opotřebenyacute kontakt

53 Ochrana sledu faacuteziacute

Pro spraacutevnyacute chod motoru a diagnostiku pomociacute kontroleacuteru s použitiacutem napěťoveacuteho modulu je

zapotřebiacute dodržet sled faacuteziacute tzn Faacutezovyacute vodič L1rarrsvorka L1 L2 rarrsvorka L3 a L3rarrsvorka L3

Při zaacuteměně některyacutech faacutezovyacutech vodičů neprodleně vybaviacute ochrana sledu faacuteziacute a neniacute dovoleno

spuštěniacute motoru do okamžiku dokud neniacute obsluhou tento probleacutem vyřešen

54 PTC ochrana

Pro vyhodnocovaacuteniacute teploty vinutiacute statoru motoru sloužiacute termistor PTC Při zvyacutešeniacute teploty

nastaacutevaacute zvyacutešeniacute odporu termistoru (viz Obr 38) a motor odpojiacute Udaacutevanaacute odezva UMC na

změnu odporu je v rozmeziacute R = 34-38kΩ

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 49

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany

Z důvodu ochrany motoru neniacute vhodneacute vystavovat motor zvyacutešeneacute teplotě pro nastiacuteněniacute funkce

PTC ochrany Pro tento uacutečel posloužiacute zhotovenyacute box osazenyacute lineaacuterniacutem potenciometrem

s hodnotou odporu 25kΩ jemuž jsou předřazeny odpory 1kΩ a 330Ω

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 50

LABORATORNIacute UacuteLOHA 6

61 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100

Uacutekolem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute řiacutediacuteciacute a kontrolniacute jednotkou pro

provoz trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru UMC100

Motorovyacute kontroleacuter nabiacuteziacute 3 releacuteoveacute vyacutestupy Tyto vyacutestupy jsou připojitelneacute na napětiacute 230V AC s

maximaacutelniacutem proudem 1A Releacuteoveacute vyacutestupy sloužiacute zejmeacutena pro připojeniacute budiacuteciacutech ciacutevek stykačů

Hlavniacute vstupy jsou tvořeny seacuteriiacute svorek jež je umiacutestěnaacute ve spodniacute čaacutesti kontroleacuteru Svorky nesou

označeniacute (DI0 DI1 hellip DI5) Tyto digitaacutelniacute vstupy pracujiacute s napětiacutem 24V DC a sloužiacute pro

připojeniacute ovlaacutedaciacutech tlačiacutetek jako start motoru stop motoru reverzaci rozběh hvězda-trojuacutehelniacutek

nebo např použitiacute vstupu pro koncovyacute spiacutenač pro připojeniacute pomocnyacutech kontaktů stykačů či

funkci aktuaacutetor kdy je ovlaacutedaacuten pohon ventilu Vše podle nastaveniacute uživatele a pracovniacuteho

procesu Vedle hlavniacutech vstupniacutech kontaktů se nachaacuteziacute takeacute jeden vyacutestupniacute s označeniacutem (DO3)

Tento digitaacutelniacute vyacutestup lze využiacutet k připojeniacute 24V DC signalizačniacute kontrolky pro chybovaacute hlaacutešeniacute

modulu UMC100 nabiacuteziacute integrovanyacute vstup pro připojeniacute PTC termistoru Diacuteky PTC jsme

schopni hliacutedat teplotu statoroveacuteho vinutiacute a předejiacutet tiacutem zaacutevažneacutemu poškozeniacute motoru

Hlavniacute obvod

Měřeniacute proudu faacutezovyacutemi vodiči je řešeno pomociacute 3 průvlečnyacutech ok integrovanyacutech v modulu

Tato průvlečnaacute oka jsou měřiacuteciacutemi transformaacutetory proudu navinutyacutemi na toroidniacutem jaacutedře Diacuteky

těmto transformaacutetorům je kontroleacuter schopnyacute měřit proud v rozsahu 024 až 63A Pro vyššiacute

hodnoty proudů až 850A se použiacutevaacute externiacute proudovyacute transformaacutetor

Možnost rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru

UMC se v průmyslovyacutech aplikaciacutech nejčastěji použiacutevaacute s využitiacutem napěťoveacuteho a rozšiřovaciacuteho

(vstupně-vyacutestupniacuteho) modulu Pro laboratorniacute uacutelohu je použit napěťovyacute modul VI150 a

rozšiřovaciacute modul DX122 jenž jsou připojeny k UMC pomociacute UMCIO-CAB přes svorky

s označeniacutem Ca a Cb

Napěťovyacute modul VI150

K demonstraci kontroleacuteru je použit modul s označeniacutem VI150 Zařiacutezeniacute disponuje konektory pro

připojeniacute faacutezovyacutech vodičů (L1 L2 a L3) a je schopneacute měřit hodnotu sdruženeacuteho napětiacute siacutetě

S naměřenyacutemi hodnotami faacutezoveacuteho proudu pomociacute UMC dostaacutevaacuteme takeacute hodnotu faacutezoveacuteho

posuvu mezi napětiacutem a proudem tedy uacutečiniacuteku cos φ Z těchto naměřenyacutech parametrů vypočiacutetaacute

řiacutediacuteciacute jednotka kontroleacuteru činnyacute přiacutekon Ovšem pro spraacutevnou detekci napětiacute je nutneacute dodržet

zapojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 51

Vstupně-vyacutestupniacute modul DX122

Modul umožňuje rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru o dalšiacutech 8 digitaacutelniacutech vstupů na napětiacute 110-230V AC 4

releacuteoveacute vyacutestupy a 1 analogovyacute vyacutestup Pomociacute programu ABB Asset Vision Basic je možneacute

přiacutemeacute přiřazeniacute parametrů a programovaacuteniacute UMC100 a takeacute všech zařiacutezeniacute kteraacute jsou vybavena

DTM (Device Type Manager)- naacutestroj pro konfiguraci a spraacutevu zařiacutezeniacute

Komunikačniacute modul MTQ22

O komunikaci mezi UMC a PC se staraacute modul MTQ22 V software vytvořeneacutem pomociacute

vyacutevojoveacuteho prostřediacute LabVIEW lze sledovat aktuaacutelniacute měřeneacute veličiny zobrazenaacute varovaacuteniacute

poruchovyacutech stavů informace o stavu vstupů a vyacutestupů apod

Napaacutejeciacute zdroj

Napaacutejeniacute modulů zajišťuje zdroj CP-D 2413A s regulaciacute vyacutestupniacuteho napětiacute Regulace je možnaacute

v rozpětiacute 24-28V DC Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute zdroje je umožněna z důvodu požadavku

přesneacuteho napětiacute 24V DC Vlivem zatiacuteženiacute (napaacutejeniacute UMC VI a DX) vyacutestupniacute napětiacute zdroje klesaacute

podle zatěžovaciacute charakteristiky přiacuteslušneacuteho zdroje CP-D sloužiacute takeacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacutech

vstupů UMC

Ochranneacute funkce

UMC nenabiacuteziacute pouze možnost měřeniacute faacutezoveacuteho proudu ale takeacute řadu ochran při poruchovyacutech

stavech provozu Nejčastěji v praxi využiacutevanaacute ochrana je ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute kteraacute

je doprovaacutezena varovnou signalizaciacute nastaacutevajiacuteciacute poruchy

Ochrana motoru při proudoveacutem podtiacuteženiacute pracuje na obdobneacutem principu jako předchoziacute ochrana

Kontroleacuter monitoruje hladinu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu Při jeho poklesu pod nastavenou

uacuteroveň maximaacutelniacuteho dovoleneacuteho poklesu (udaacutevaneacute relativně v k jmenoviteacutemu In) dochaacuteziacute k

signalizaci chyby a odpojeniacute motoru od siacutetě

PTC ochrana spočiacutevaacute v hliacutedaacuteniacute teploty statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru pomociacute PTC

termistoru V našem přiacutepadě je použito lineaacuterniacuteho potenciometru kdy se zvyšujiacuteciacutem se odporem

potenciometru simulujeme zvyšujiacuteciacute se teplotu statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru

Při ztraacutetě některeacute napaacutejeciacute faacuteze motoru dochaacuteziacute k okamžiteacutemu blokovaacuteniacute startu motoru

Ochrana sledu faacuteziacute zajistiacute spraacutevneacute zapojeniacute vodičů L1 L2 a L3 ktereacute je slučitelneacute s nastaveniacutem v

UMC

Vlivem přerušovaneacuteho provozu např S3 kdy nedochaacuteziacute v době klidu a odpojeniacute motoru k

poklesu teploty na teplotu okoliacute může vybavit Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute - Thermal

Overload Protection (TOL)

Zablokovaniacute rotoru byacutevaacute způsobeno přiacuteliš vysokyacutem zaacutetěžnyacutem momentem Mz na hřiacutedeli motoru

nebo mechanickou poruchou Kontroleacuter je při startu schopen detekovat tento stav

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 52

62 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute uacutelohy a scheacutema zapojeniacute panelu

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 53

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 54

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha

Štiacutetek použiteacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 64 Štiacutetek motoru

63 Popis scheacutematu zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

Na vstupniacute svorky s označeniacutem VSTUP (L1 L2 L3 N PE) jsou přivedeny přiacuteslušneacute vodiče

z pracovniacuteho stolu Hlavniacute 16A jistič s vypiacutenaciacute charakteristikou typu C sloužiacute pro jištěniacute siloveacute

čaacutesti obvodu Pro jištěniacute napaacutejeciacuteho zdroje CP-D sloužiacute tavnaacute pojistka 2T250V Napěťoveacute

vstupy na modul VI150 jsou jištěny tavnou pojistkou F125250V Posuvnyacute potenciometr

umiacutestěnyacute na faacutezoveacutem vodiči L1 sloužiacute k demonstraci ochrany při faacutezoveacute nesymetrii

Komunikačniacute modul MTQ22 zajišťuje komunikaci mezi UMC a PC kdy prostřednictviacutem

Ethernetoveacute siacutetě jsme schopni čiacutest měřeneacute veličiny

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 55

64 Pracovniacute postup

1 Seznamte se s kontroleacuterem UMC100 a ostatniacutemi komponenty použityacutemi pro laboratorniacute

uacutelohu a se scheacutematem zapojeniacute uacutelohy

2 Připojte elektromotor a vstupniacute svorky na přiacuteslušneacute zdiacuteřky Před připojeniacutem vyacutekonoveacuteho

potenciometru ověřte měřeniacutem jeho minimaacutelniacute a maximaacutelniacute hodnotu odporu a

poznamenejte si je

3 Připojte potenciometr na určeneacute zdiacuteřky označeneacute čiacutesly 1 a 2 a nastavte hodnotu odporu

4 Po kontrole zapojeniacute vyučujiacuteciacutem zapněte pracoviště a nastavte autotransformaacutetor na 100

vyacutestupniacuteho napětiacute Zapněte hlavniacute jistič Kontrola a nastaveniacute komunikace mezi UMC

DX a VI

Nastaveniacute Komunikace se provede přes LCD displej naacutesledujiacuteciacutem způsobem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on

5 Stiskem tlačiacutetka VPŘED nebo VZAD na panelu uvedeme motor do chodu Pro přechod

z jednoho směru do druheacuteho je nutneacute nejprve zastavit motor tlačiacutetkem STOP Při

zastaveniacute je kontroleacuterem motor blokovaacuten po dobu 3s před dalšiacutem spuštěniacutem z důvodu

doběhu motoru Pohybem tlačiacutetek nahoru dolů pomociacute LCD v hlavniacute nabiacutedce - UMC -

můžeme sledovat aktuaacutelniacute proud motoru sdruženeacute napětiacute odebiacuteranyacute přiacutekon ze siacutetě

uacutečiniacutekhellip

6 Při provaacuteděniacute uacutelohy na brzdě (dynamometru) ověřte funkci ochrany při zablokovaacuteniacute

rotoru funkci ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a proudoveacutem přetiacuteženiacute

7 Při vybaveniacute každeacute z ochran zaznamenejte hodnotu kdy vypnula Před novyacutem startem je

důležiteacute přečiacutest zaacuteznam důvodu poruchy a proveacutest reset na panelu UMC100-PAN jinak je

START blokovaacuten

65 Měřeniacute

OCHRANA PŘED PŘEHŘAacuteTIacuteM MOTORU

Potenciometrem označenyacutem PTC je zvyšovaacutena hodnotu odporu do okamžiku kdy dojde

k odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě zapůsobeniacutem PTC ochrany Hodnota odporu potenciometru

při vybaveniacute ochrany je určena měřeniacutem na 341kΩ Odpoviacutedajiacuteciacute hodnotu teploty motoru

odečteme z grafu a hodnoty odporu potenciometru při vypnutiacute

Do tabulky zapište změřenou hodnotu odporu potenciometru při vypnutiacute Při teacuteto hodnotě odporu

odečtěte teplotu motoru z grafu Ziacuteskanou teplotu porovnejte s vypočtenou teplotou motoru

Tabulka naměřenyacutech a vypočtenyacutech hodnot

R ϑg R0 ϑ

[Ω] [degC] [Ω] [degC]

3410 136 1320 13626

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 56

Vyacutepočet vychaacuteziacute ze vztahu pro zaacutevislost elektrickeacuteho odporu vodiče na teplotě

(651)

kde

(652)

Po uacutepravě pak

α - teplotniacute součinitel elektrickeacuteho odporu (K-1

) (α = 001162 K-1

)

R0 - odpor potenciometru v zaacutekladniacute poloze

R - odpor potenciometru při vybaveniacute ochrany

ϑg - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute odečtenaacute z grafu

ϑ - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute ndash vypočtenaacute

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

R [

Ω]

ϑ [degC]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 57

Vinutiacute motoru je izolovaacuteno izolaciacute třiacutedy F (155)

Třiacuteda izolace A E B F H

Okolniacute teplota [degC] 40 40 40 40 40

Povolenyacute naacuterůst teploty [degC] 60 75 80 105 125

Teplotniacute rezerva 5 5 10 10 15

Konečnaacute teplota 105 120 130 155 180

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru [12]

OCHRANA PŘED NESPRAacuteVNYacuteM SLEDEM FAacuteZIacute

Nedodrženiacutem sledu napaacutejeciacutech faacutezovyacutech vodičů (zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů svorek L2 a L3)

jak je nastaveno v UMC provaacutediacute napěťovyacute modul blokaci startu motoru V tomto přiacutepadě

vybavuje neprodleně ochrana sledu faacuteziacute ndashPhase sequence Funkci zaznamenejte do protokolu

OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII

Zvyšovaacuteniacutem odporu vyacutekonoveacuteho potenciometru zapojeneacuteho ve faacutezi L1 (viz scheacutema zapojeniacute

uacutelohy) dochaacuteziacute k simulaci faacutezoveacute nesymetrie siacutetě Motor je odpojen v okamžiku kdy poklesne

hodnota sdruženeacuteho napětiacute mezi faacutezemi L3 a L1 přibližně na hodnotu Us = 380V Velikost

odporu při vybaveniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii činiacute 101Ω Hodnotu nesymetrie zaznamenejte

do protokolu

OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE

Ztraacuteta faacuteze se realizuje pomociacute spiacutenače v pracovniacutem stole kdy odpojiacuteme napaacutejeciacute faacutezi Změřte

čas od odpojeniacute faacuteze L2 do vybaveniacute ochrany při ztraacutetě faacuteze a poznamenejte do protokolu

66 Demonstrace ochran při použitiacute dynamometru

OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU

K testu ochrany při zablokovaacuteniacute rotoru posloužiacute dynamometr jehož hřiacutedel je spojenaacute se hřiacutedeliacute

asynchronniacuteho motoru pomociacute spojky Hřiacutedel dynamometru je poteacute mechanicky zablokovaacutena

Stiskem přiacuteslušneacuteho tlačiacutetka je proveden start motoru a sledovaacuten proud při odpojeniacute motoru od

siacutetě a čas odpojeniacute Proud při vybaveniacute ochrany při mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru dosaacutehl

hodnoty 1978A což odpoviacutedaacute 582In

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute ndash (High current protection)

Pro simulaci proudoveacuteho přetiacuteženiacute maacuteme nastavenou hodnotu odebiacuteraneacuteho proudu na 130 pro

odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě Snižovaacuteniacutem jmenovityacutech otaacuteček motoru pomociacute dynamometru

(bržděniacutem tzn n rarr 0) dochaacuteziacute k naacuterůstu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu I Odpojeniacute nastalo při

odebiacuteraneacutem proudu 447A Nastaveneacute hodnotě (13In ) naacuteležiacute proud 442A Tiacutem lze konstatovat

že vyacutesledek měřeniacute je srovnatelnyacute s hodnotami uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute

Stav proudoveacuteho podtiacuteženiacute nedostatečneacuteho proudoveacuteho zatiacuteženiacute použiacutevanyacute zejmeacutena u čerpadel

je simulovaacuten pomociacute dynamometru kdy je nastavenaacute hodnota poklesu aktuaacutelniacuteho proudu na

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 58

085In a čas odpojeniacute od siacutetě na 10s Po roztočeniacute a zatiacuteženiacute motoru na hodnotu jmenoviteacuteho

proudu jsou pomociacute dynamometru zvyšovaacuteny otaacutečky motoru n Tento proces maacute za naacutesledek

snižovaacuteniacute aktuaacutelniacuteho proteacutekaneacuteho proudu I kdy motor ztraacuteciacute zatiacuteženiacute Nastaveneacute hodnotě

podtiacuteženiacute odpoviacutedaacute aktuaacutelniacute proud 289A Při dosaženiacute teacuteto uacuterovně je spuštěn odpočet a motor za

10s odpojen

67 Vyhodnoceniacute a zaacutevěr

Vyacutesledkem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute technologiiacute pro diagnostiku

veličin při chodu trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru Při demonstračniacute simulaci ochran byly

dosaženy naacutesledujiacuteciacute vyacutesledky PTC ochrana vybavuje při hodnotě odporu 341kΩ Tato hodnota

odpoviacutedaacute teplotě ϑg = 136degC odečteneacute z grafu Vypočtenaacute teplota ϑ = 13626degC Vyacuterobce uvaacutediacute

zapůsobeniacute ochrany při hodnotě odporu v rozsahu 34-38kΩ Zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů L2 a

L3 proběhla okamžitaacute blokace spuštěniacute motoru Faacutezovaacute nesymetrie vybavila při poklesu napětiacute o

5 Ztraacutetou napaacutejeciacute faacuteze proběhlo odpojeniacute motoru v čase t = 15s Čas odpojeniacute odpoviacutedaacute třiacutedě

přetiacuteženiacute 5E kteraacute je nastavena

Při testu za použitiacute dynamometru bylo zjištěno že při zablokovaneacutem rotoru motoru zapůsobil

kontroleacuter při nastaveneacutem přetiacuteženiacute 3In Teacuteto hodnotě naacuteležiacute proud 102A Jelikož je nastavena

třiacuteda přetiacuteženiacute 5E ktereacute naacuteležiacute interval 15s a poteacute odpojeniacute motoru tak během tohoto okamžiku

vzrostla hodnota proudu na 1978A což odpoviacutedaacute 582In Při proudoveacutem přetiacuteženiacute odpoviacutedaly

vyacutesledky měřeniacute nastaveneacute hodnotě přetiacuteženiacute 13In Ve stavu proudoveacuteho podtiacuteženiacute zapůsobila

ochrana spraacutevně dle nastaveneacuteho poklesu proudu na 085In

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 24: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 24

24 Proudovyacute měřiacuteciacute transformaacutetor

Proudoveacute měřiacuteciacute transformaacutetory sloužiacute pro měřeniacute většiacutech hodnot střiacutedavyacutech proudů než je

dovoleno měřiacuteciacutem přiacutestrojem a takeacute ke galvanickeacutemu odděleniacute vedeniacute od měřiacuteciacuteho přiacutestroje

Funkce je založena na principu elektromagnetickeacute indukce Primaacuterniacute vinutiacute je tvořeno silovyacutem

vodičem měřeneacuteho vedeniacute Průchodem proudu primaacuterniacutem vedeniacutem se v magnetickeacutem obvodu

(jaacutedru) vytvaacuteřiacute magnetickyacute tok Φ a na zaacutekladě Faradayova zaacutekona elektromagnetickeacute indukce se

v sekundaacuterniacutem vinutiacute indukuje napětiacute Na sekundaacuterniacute vinutiacute je připojena měřiacuteciacute soustava

Obr 27 Magnetizačniacute charakteristika feromagnetickeacuteho materiaacutelu

Z průběhu magnetizačniacute charakteristiky feromagnetickeacuteho materiaacutelu (zaacutevislosti magnetickeacute

indukce na intenzitě magnetickeacuteho pole ) je patrnyacute stav kdy dojde k nasyceniacute magnetickeacuteho

obvodu transformaacutetoru Při nasyceniacute dochaacuteziacute ke změně vlastnostiacute feromagnetickeacuteho materiaacutelu

a křivka se od lineaacuterniacuteho průběhu odklaacuteniacute (tzv koleno magnetizačniacute křivky)

Obr 28 Měřiacuteciacute transformaacutetor proudu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 25

241 Externiacute proudovyacute transformaacutetor CTs

Externiacute přiacutestrojovyacute transformaacutetor proudu (daacutele jen PTP) se použiacutevaacute v přiacutepadě je-li jmenovityacute

proud motoru vyššiacute než 63A tzn sloužiacute k přizpůsobeniacute proudoveacuteho rozsahu na hodnotu kterou

je schopno UMC změřit UMC100 je schopneacute pracovat pomociacute sveacuteho vnitřniacuteho transformaacutetoru

proudu s proudem 024A až 63A Použitiacutem externiacuteho proudoveacuteho transformaacutetoru je možneacute měřit

až do hodnoty 850A PTP k UMC100 majiacute převod 1854 3104 5004 a 8504 Sekundaacuterniacutemu

vinutiacute odpoviacutedajiacute 4A což uvaacutediacute popis jednotlivyacutech typů proudovyacutech transformaacutetorů uvedenyacutech v

Tab 23 (čiacuteslo uvedeneacute za lomiacutetkem) např CTxLxxxR4 PTP maacute definovanou třiacutedu přesnosti

3 v celeacutem rozsahu měřeneacuteho proudu K nasyceniacute magnetickeacuteho obvodu transformaacutetoru dochaacuteziacute

přibližně při osminaacutesobku jmenoviteacuteho proudu In Transformaacutetor je navržen s třiacutedou přesnosti

5P10 to znamenaacute že je deklarovaacutena průměrnaacute chyba menšiacute než 5 při 10 naacutesobku jmenoviteacute

hodnoty proudu

Typ Rozsah měřeneacuteho proudu

[A] Max proud CT

[A]

CT4L185R4 60 až 185 1480

CT4L310R4 180 až 310 2480

CT5L500R4 300 až 500 4000

CT5L850R4 500 až 850 6800

Tab 23 Typy externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů s měřenyacutem rozsahem proudu [1]

Přiacuteklad zvoleniacute přiacuteslušneacuteho proudoveacuteho transformaacutetoru

Maacuteme-li asynchronniacute motor se jmenovityacutem proudem napřiacuteklad In =190 A a rozběhovyacutem proudem

pak

(241)

Podle jmenoviteacuteho proudu motoru In ležiacuteciacuteho v rozsahu měřeneacuteho proudu přiacuteslušneacuteho CT

určiacuteme typ CT Nachaacuteziacute-li se jmenovityacute proud na mezi některeacuteho z měřenyacutech rozsahů CT voliacute se

takovyacute transformaacutetor kteryacute maacute většiacute hodnotu maximaacutelniacuteho proudu než vyacuteslednyacute proud

vypočtenyacute Pro přiacutepad kdy In = 190 A je zvolenyacute typ CT4L310R4 Maximaacutelniacute proud Imax splňuje

požadavek kdy Imax lt max proud CT [1]

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezky představujiacute konstrukce externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 26

Obr 29 Konstrukce CT4L185R4 a CT4L310R4 [3]

Obr 210 Konstrukce CT5L500R4 a CT5L850R4 [3]

Zapojeniacute svorkovnice proudoveacuteho transformaacutetoru CTxLxxxR4 a propojeniacute s integrovanyacutem

proudovyacutem transformaacutetorem UMC100 Na Obr 211 je takeacute ukaacutezka zapojeniacute měřiacuteciacuteho modulu

VI150 na přiacutevodniacutech faacuteziacutech motoru a dodrženyacutem spraacutevnyacutem sledem faacutezovyacutech vodičů

Obr 211 UMC100-FBP s CT a VI150 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 27

Obecně platiacute že vyacutevody sekundaacuterniacuteho vinutiacute měřiacuteciacuteho transformaacutetoru proudu jsou buď

zapojeny na zaacutetěž nebo jsou propojeny do zkratu a jeden z vyacutevodů je uzemněn Princip je patrnyacute

z Obr 212 V praxi dochaacuteziacute k několika chybaacutem způsobenyacutech neznalostiacute problematiky Jednou

může byacutet neuzemněniacute jedneacute ze svorek sekundaacuterniacuteho vinutiacute Pak vznikaacute kapacitniacute vazba a

sekundaacuterniacute vinutiacute v nepřiacutezniveacutem přiacutepadě může vysokyacutem napětiacutem termionicky působit - jiskřit na

kostru Při delšiacutem trvaacuteniacute jiskřiveacuteho vyacuteboje v jednom miacutestě se mohou vytvořit vodiveacute cesty a dojiacutet

k průrazu izolace vodiče k nežaacutedouciacutemu potenciaacutelu [8]

Obr 212 Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů proudu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 28

25 Monitorovaciacute zařiacutezeniacute zemniacuteho spojeniacute CEM11-FBP

Monitorovaciacute zařiacutezeniacute CEM11 sloužiacute pro sledovaacuteniacute svodovyacutech proudů respektive zemniacutech

poruch způsobenyacutech nejčastěji poškozenou izolaciacute Detekovaacuteniacute takoveacuteto zemniacute poruchy vede

k odpojeniacute motoru aby nedošlo k jeho většiacutemu poškozeniacute nebo vede k upozorněniacute obsluhy

Možneacute použitiacute je jak v siacutetiacutech uzemněnyacutech tak i neuzemněnyacutech

Průvlečneacute oko je tvořeno toroidniacutem transformaacutetorem kteryacutem jsou vedeny všechny 3 faacutezoveacute

vodiče motoru Zařiacutezeniacute hliacutedaacute to aby součet faacutezorů proudů byl nulovyacute Jakmile dojde k zemniacutemu

spojeniacute tzn součet faacutezorů proudů je nenulovyacute integrovanaacute elektronika CEM11 sepne nebo

rozepne vyacutestup Vyacutestup z CEM11 pracuje jako kontakt kteryacute detekovanou hodnotou proudu

sepne nebo rozepne 24V DC jenž poteacute může byacutet připojeno jako např digitaacutelniacute vstup do UMC

Nastaveniacute zpožděniacute sepnutiacute varovaacuteniacute nebo odpojeniacute lze zvolit v UMC a to v rozsahu od 01s ndash

255s Nastaveniacute citlivosti spiacutenaacuteniacute je možneacute v několika krociacutech Poloha přepiacutenače (0-7) s toleranciacute

na pozici 0 cca plusmn30 a daacutele vždy s toleranciacute cca plusmn10

CEM11 je možneacute uložit spolu s ostatniacutemi komponenty na DIN lištu normovaneacuteho rozměru

35mm nebo pomociacute přiacutedavneacuteho klipu pro nejmenšiacute rozměr CEM11-FBP20 [1]

Průměr průvlečneacuteho

oka [mm]

Proudovyacute rozsah

[mA]

20 80 - 1700

35 100 - 3400

60 120 - 6800

120 240 - 13600

Tab 24 Rozměry vyraacuteběnyacutech CEM11-FBPs udaacutevanyacutemi hodnotami svodovyacutech proudů

Obr 213 Zapojeniacute CEM11-FBP do obvodu [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 29

26 Napaacutejeciacute zdroj

Pro napaacutejeniacute modulů UMC100 DX122 a VI150 sloužiacute zdroj typu CP-D 2413 Jednaacute se o

napaacutejeciacute zdroj kteryacute na sveacutem vyacutestupu dovoluje regulaci napětiacute 24-28V DC s toleranciacute plusmn 1

Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute je umožněna z důvodu připojeniacute modulů na dlouheacute vedeniacute kde

vznikajiacute uacutebytky napětiacute praacutevě vlivem deacutelky vedeniacute Zpravidla klesne-li na vedeniacute napětiacute od

jednoho zdroje na ktereacutem je nastaveno maximaacutelniacute vyacutestupniacute napětiacute pod minimaacutelniacute hodnotu

potřebnou pro napaacutejeniacute modulu je nutneacute použiacutet dalšiacute napaacutejeciacute zdroj Maximaacutelniacute proud zdroje je

Imax = 13A a jmenovityacute vyacutestupniacute vyacutekon 30W Tento typ zdroje je diacuteky svyacutem modulaacuterniacutem

rozměrům možneacute umiacutestit na DIN lištu (EN50022-35) [6]

Naacutesledujiacuteciacute zatěžovaciacute charakteristika znaacutezorňuje zaacutevislost svorkoveacuteho napětiacute zdroje na

odebiacuteraneacutem proudu pro teplotu T=25degC

Obr 214 Zatěžovaciacute charakteristika zdroje CP-D 2413[6]

Obr 215 Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 30

27 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

Tento modul poskytuje komunikaci pro FieldBusPlug zařiacutezeniacute jako je např UMC100

s počiacutetačem prostřednictviacutem siacutetě Ethernet K MTQ22 lze připojit až 4 zařiacutezeniacute pro uacutesporu

naacutekladů Naacutesledujiacuteciacute popis je vztažen k Obr 216 kde jsou znaacutezorněny jednotliveacute čaacutesti modulu

1 konektory s označeniacutem X1 až X4 sloužiacute pro připojeniacute až 4 zařiacutezeniacute FBP

2 LED diody pro signalizaci aktuaacutelniacuteho stavu komunikace

3 micro USB konektor s označeniacutem X5 pro připojeniacute a konfiguraci pomociacute PC

4 dvě RJ45 zaacutesuvky s označeniacutem E1 a E2 pro připojeniacute pomociacute Ethernetoveacuteho kabelu

5 konektor pro připojeniacute 24V DC napaacutejeciacuteho napětiacute nese označeniacute X6

Obr 216 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 31

OCHRANNEacute FUNKCE 3Kontroleacuter nabiacuteziacute velkeacute množstviacute ochrannyacutech funkciacute potřebnyacutech pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacuteho chodu

motoru Některeacute funkce jsou aktivniacute pouze po čaacutest běhu motoru typicky při startu motoru jineacute

po jeho rozběhu Naacutesledujiacuteciacute tabulka (Tab 31) nastiacuteniacute přehled nejdůležitějšiacutech ochran motoru a

čas kdy jsou aktivovaacuteny

Ochrannaacute funkce Aktivniacute

Při tepelneacutem přetiacuteženiacute Vždy

Při zablokovaneacutem rotoru Při startu motoru

Při proudoveacutem přetiacuteženiacute Po startu

Při proudoveacutem podtiacuteženiacute Po startu

Sled faacuteziacute Vždy

Při faacutezoveacute nesymetrii Vždy

Při ztraacutetě faacuteze Vždy

PTC ochrana Vždy

Při zemniacutem spojeniacute Vždy po spuštěniacute

Při napěťovyacutech špičkaacutech Vždy

Při harmonickeacutem zkresleniacute Vždy

Tab 31 Ochranneacute funkce [1]

Nastaveniacute parametrů jednotlivyacutech ochran probiacutehaacute pomociacute UMC100-PAN

31 Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute

UMC100 disponuje nastavitelnyacutem vypiacutenaacuteniacutem při tepelneacutem přetiacuteženiacute podle třiacuted 5E 10E 20E

30E a 40E viz Obr 31 Tyto třiacutedy uvaacutedějiacute poměr mezi aktuaacutelniacutem prochaacutezejiacuteciacutem proudem

motorem I a jmenovityacutem proudem motoru In uvedenyacutem na štiacutetku v zaacutevislosti na maximaacutelniacute době

rozběhu t

Třiacuteda 5E 10E 20E 30E 40E

t [s] 15 3 6 3 12

Tab 32 Třiacutedy přetiacuteženiacute a čas odpojeniacute

Lze hovořit o dvou typech rozběhu motoru

1 normaacutelniacute rozběh - do 10s

2 těžkyacute rozběh - viacutece jak 10s

Při rozběhu zatiacuteženeacuteho motoru se otaacutečky zvyšujiacute z nuloveacute hodnoty na jmenovitou přičemž

dochaacuteziacute k naacuterůstu proudu až na několikanaacutesobek jeho jmenoviteacute hodnoty Zpravidla u většiacutech

motorů byacutevaacute naacuterůst až 10In tudiacutež v tento bdquokritickyacuteldquo okamžik nesmiacute vybavit ochrana na tepelneacute

přetiacuteženiacute Rozběh motoru pro UMC končiacute při poklesu proudu I na hodnotu 135 proudu

jmenoviteacuteho In nebo při dosaženiacute jmenovityacutech otaacuteček nn Udaacutevaneacute časy představuje Tab 32

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 32

311 Určeniacute teploty vinutiacute a vypiacutenaciacute třiacutedy

Podle způsobu určeniacute teploty vinutiacute motoru se ochrany rozlišujiacute na proudově nezaacutevisleacute a

proudově zaacutevisleacute

Proudově nezaacutevisleacute ochrany měřiacute přiacutemo teplotu ve vinutiacute motoru pomociacute vhodneacuteho čidla

teploty zpravidla termistoru Tiacutemto způsobem lze zjistit nedovoleneacute otepleniacute způsobeneacute např

poruchou cirkulace vzduchu kterou proudově zaacutevislaacute ochrana neniacute schopna vyhodnotit

Proudově zaacutevisleacute ochrany vyhodnocujiacute teplotu vinutiacute motoru nepřiacutemo a to prostřednictviacutem

vyacutepočtoveacuteho modelu z provozniacuteho proudu motoru Zvyacutešeniacute provozniacuteho proudu motoru maacute za

naacutesledek otepleniacute ktereacute vede trvaacute-li delšiacute dobu k poškozeniacute nebo zničeniacute motoru Ochrana při

tepelneacutem přetiacuteženiacute ndash TOL chraacuteniacute motor před přehřaacutetiacutem Tepelnyacute model je vypočiacutetaacutevaacuten za chodu i

v klidu motoru a z těchto stavů se pak zjistiacute tepelnaacute kapacita Znalost teacuteto hodnoty vede

k maximalizaci produktivity Funkčnost tepleneacuteho modelu je v souladu s normou

Při použitiacute motoru pro cyklickeacute operace dochaacuteziacute ke schodoviteacutemu zvyšovaacuteniacute teploty motoru Je

zapotřebiacute volit spraacutevnyacute čas intervalu mezi cykly aby nedochaacutezelo k přehřaacutetiacute a zbytečneacutemu

poškozeniacute izolace vinutiacute motoru

Funkce Thermal load (tzv tepelnaacute zaacutetěž) hliacutedaacute poměr aktuaacutelniacuteho prochaacutezejiacuteciacuteho proudu I a

jmenoviteacuteho proudu In motoru Jakmile poměr IIn přesaacutehne 100 začiacutenaacute odpočet TTT a motor

bude odpojen po uplynutiacute nastaveneacute periody Možnost opětovneacuteho spuštěniacute přetiacuteženeacuteho motoru

proběhne po jeho vychladnutiacute To je možneacute nastavit dvěma způsoby [1]

1 Ručně nastavenou periodou během ktereacute je motor blokovaacuten proti spuštěniacute

(ovlivňovaacuteno velikostiacute motoru teplotou prostřediacute kde je motor použit zda je vybaven

ventilaacutetorem či neniacute apod)

2 Nastaveniacutem procentuaacutelniacute hodnoty tepelneacute kapacity do ktereacute nebude moci obsluha

motor spustit (při nastaveniacute 50 nedojde k odblokovaacuteniacute ochrany pokud neklesne

tepelnaacute kapacita pod zadanou hodnotu)

Určeniacute vypiacutenaciacute třiacutedy je představeno na naacutesledujiacuteciacutem přiacutekladu

Maacuteme-li trojfaacutezovyacute asynchronniacute motor o vyacutekonu 22kW poměr IIn = 5 a maximaacutelniacute dobu

rozběhu to = 10s Z přiloženeacuteho grafu vypiacutenaciacutech třiacuted pro studenyacute motor určiacuteme požadovanou

třiacutedu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 33

Obr 31 Vypiacutenaciacute třiacutedy pro UMC100-FBP[1]

Z vyacutesledku je patrneacute že motor budeme vypiacutenat proti přetiacuteženiacute podle třiacutedy 5E jelikož křivka

pro 5E je pod maximaacutelniacute dobou rozběhu to = 10s Pokud by došlo ke zvoleniacute např třiacutedy 10E

hrozilo by poškozeniacute motoru jelikož by na motor působilo přetiacuteženiacute delšiacute dobu než je tomu

dovoleno [10]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 34

32 Ochrana při zablokovaneacutem rotoru

V okamžiku připojeniacute motoru na napaacutejeciacute siacuteť se rotor neotaacutečiacute (n = 0 s = 1) Motor je ve

stavu nakraacutetko a jeho proud je omezen pouze ohmickyacutemi odpory a rozptylovyacutemi reaktancemi

vinutiacute Zaacuteběrnyacute proud I1z dosahuje většinou 4 až 10 x většiacutech hodnot než proud jmenovityacute In

Určit velikost tohoto proudu je možneacute ze vztahu 321

radic

kde

U1 - Vstupniacute napětiacute

R1 - Odpor primaacuterniacuteho vinutiacute

Xr1 - Reaktance statoroveacuteho vinutiacute

Xrsquor20 - Reaktance zabrzděneacuteho rotoru

Rlsquo2s - Celkovyacute činnyacute odpor rotoru

RFe - Činnyacute odpor magnetickeacuteho obvodu

Xm - Reaktance magnetickeacuteho obvodu

I1z - Zaacuteběrnyacute proud

Obr 32 Obvodovyacute model asynchronniacuteho motoru pro jednu faacutezi statoroveacuteho vinutiacute ndash nakraacutetko

Velkyacute zatěžovaciacute moment Mz nebo mechanickaacute porucha může zapřiacutečinit zablokovaacuteniacute rotoru

Ochrannaacute funkce detekuje dlouhou počaacutetečniacute situaci kteraacute je praacutevě důsledkem zmiacuteněnyacutech přiacutečin

UMC100 tiacutemto odpojiacute motor od napaacutejeniacute čiacutemž ho ochraacuteniacute od nadměrneacuteho tepelneacuteho namaacutehaacuteniacute

V uživatelskeacutem prostřediacute je možneacute individuaacutelně nastavit jak maximaacutelniacute proud tak i čas po

ktereacutem dojde k odpojeniacute zablokovaneacuteho motoru Pro experimentaacutelniacute použitiacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy je nastavena hodnota poměru pro odpočet a naacutesledneacute odpojeniacute IIn na 300 [1] [9]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 35

33 Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute zabezpečiacute odpojeniacute motoru vyskytne-li se v obvodu většiacute

hodnota proudu než nastavenaacute jmenovitaacute In Bliacuteže tuto funkci představiacute přiloženyacute průběh Funkce

je aktivniacute až po roztočeniacute motoru v okamžiku rozběhu je neaktivniacute

Princip ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Do okamžiku T1 od zapnutiacute klesne zaacuteběrnyacute proud na hodnotu cca Ix = 135 In V časoveacutem

uacuteseku T1 až T2 dochaacuteziacute k naacuterůstu prochaacutezejiacuteciacuteho proudu motorem V okamžiku T2 překročiacute

proud hodnotu Ivar Tiacutemto okamžikem začne odpočet nastaveneacute doby zpožděniacute tvar kteraacute po

uplynutiacute sepne signalizaci varovaacuteniacute nadproudoveacuteho přetiacuteženiacute Odpočet doby tvar narůstaacute je-li

proud motorem I gt Ivar Jakmile proud I ge Iodp dochaacuteziacute k sepnutiacute čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute todp

Platiacute-li podmiacutenka I ge Iodp a dojde k načteniacute hodnoty todp UMC100 odpojiacute motor od napaacutejeniacute a tiacutem

zabraacuteniacute jeho poškozeniacute

Obr 33 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu přetiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash dosaženiacute vysokeacute proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash dosaženiacute hodnoty proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

34 Ochrana při proudoveacutem podtiacuteženiacute

Jakmile hodnota (činneacuteho) proudu klesne pod nastavenou uacuteroveň kteraacute je pro danyacute proces

typickaacute dojde v UMC100 k vybaveniacute ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a motor odpojiacute od

napaacutejeniacute Tato ochrana se předevšiacutem využiacutevaacute pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacute funkce čerpadla když detekuje

ztraacutetu jeho saacuteniacute či pro paacutesoveacute dopravniacuteky ve vyacuterobniacutech provozech Včasneacute varovaacuteniacute a odpojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 36

motoru snižuje zejmeacutena prostoje vyacuteroby Princip varovaacuteniacute a odpojeniacute je představen na

naacutesledujiacuteciacutem průběhu jak tomu bylo u ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Princip ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute zobrazeneacuteho průběhu

Po poklesu aktuaacutelniacuteho proudu v okamžiku T1 motor normaacutelně běžiacute V časoveacutem uacuteseku T1 až

T2 dochaacuteziacute k poklesu proudu pod jmenovitou hodnotu In až na nastavenou hodnotu Ivar Při

dosaženiacute teacuteto hodnoty začne odpočet varovaacuteniacute proudoveacuteho podtiacuteženiacute Nepřesaacutehne-li proud za

dobu kratšiacute než tvar mez Ivar (tzn nevzroste-li se zpět k In) dojde ke spuštěniacute signalizace

proudoveacuteho podtiacuteženiacute Při pokračujiacuteciacutem poklesu proudu jak je patrneacute v časoveacutem intervalu T2-T3

až na mez Iodp dojde k čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute Při překročeniacute nastaveneacute doby todp a za

podmiacutenky že proud I le Iodp UMC100 motor odpojiacute od napaacutejeciacute siacutetě

Obr 34 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash niacutezkaacute proudovaacute uacuteroveň kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash hodnota proudu kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

Popis funkce ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute blokoveacuteho scheacutematu

Signaacutel Istart představuje hodnotu proudu po startu motoru- log 1(tzn Signalizace motoru v

chodu) Tento signaacutel tvořiacute vstup logickeacuteho hradla AND (1) Funkci tohoto hradla znaacutezorňuje

přiloženaacute tabulka Tab 33 Druhyacute vstup signalizuje aktuaacutelniacute hodnotu proudu kteraacute motorem

proteacutekaacute Je-li proud IltIvar detekuje hradlo AND druhou logickou jedničku a hradlo vybaviacute podle

přiloženeacute tabulky Tento signaacutel z hradla aktivuje časovač zpožděniacute varovaacuteniacute Po uplynutiacute

nastaveneacuteho časoveacuteho uacuteseku signalizuje podtiacuteženiacute Dochaacuteziacute-li staacutele k poklesu proudu až do

uacuterovně kdy IltIodp pak na druheacutem logickeacutem hradle AND (2) budou na vstupu log 1 Sepne

čiacutetaacuteniacute zpožděniacute vypnutiacute a po uplynutiacute doby UMC motor vypne

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 37

Obr 35 Blokoveacute scheacutema ochrany proti proudoveacutemu podtiacuteženiacute [1]

Vstup Vyacutestup

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

Tab 33 Princip funkce logickeacuteho hradla AND

341 Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek

Při chodu asynchronniacuteho motoru odebiacuteraacute stroj ze siacutetě jalovyacute proud kteryacute je potřebnyacute pro

vytvořeniacute magnetizace hlavniacuteho magnetickeacuteho obvodu Tento tzv magnetizačniacute proud je

nezaacutevislyacute na zatiacuteženiacute stroje Uplatněniacute nalezne zejmeacutena při chodu napraacutezdno a maleacutem zatiacuteženiacute

kdy je uacutečiniacutek motoru niacutezkyacute Motor maacute tedy nejleacutepe pracovat při plneacutem zatiacuteženiacute[11]

Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek jsou důležiteacute parametry pro detekovaacuteniacute niacutezkeacute zaacutetěže nebo situace bez

zaacutetěže např uzavřenyacute ventil Pomociacute napěťoveacuteho modulu VI15x a UMC je měřeno sdruženeacute

(faacutezoveacute) napětiacute faacutezovyacute proud čili i faacutezovyacute posuv mezi proudem a napětiacutem - cos φ Pomociacute těchto

parametrů je UMC schopneacute analogicky spočiacutetat hodnotu činneacuteho přiacutekonu

radic

Poklesne-li poteacute činnyacute přiacutekon pod nastavenou procentuaacutelniacute hodnotu P (př 85 Pn) motor vypne

tj bude-li PPn le 085

Experimentaacutelniacutem měřeniacutem v raacutemci laboratorniacute uacutelohy byla pomociacute přiacutestroje Yokogawa WT1800

změřena zaacutevislost uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute motoru Z vyacutesledneacuteho grafu (Obr 37) je

patrneacute že se snižovaacuteniacutem zatiacuteženiacute rotoru klesaacute velikost uacutečiniacuteku Naměřeneacute hodnoty pro konstrukci

grafu jsou uvedeny v přiacuteloze

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 38

Obr 36 Charakteristiky asynchronniacuteho motoru při zatiacuteženiacute [11]

Obr 37 Graf zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti P2

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

01

02

03

04

05

06

07

08

09

0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000

P1 [

W]

cos

ϕ [

-]

P2 [W]

P2 P1 Q1

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 39

35 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

Princip ochrany

Je-li poměr nejnižšiacuteho proudu (Imin) a nejvyššiacuteho proudu (Imax) ve faacuteziacutech nad nastavenou

uacuterovniacute pro varovaacuteniacute sepne signalizace ztraacutety faacuteze Jakmile ovšem tento poměr překročiacute

nastavenou hodnotu pro odpojeniacute motoru sepne zpožděniacute vypnutiacute a podle nastaveneacute třiacutedy

přetiacuteženiacute motor po uplynutiacute časoveacuteho intervalu odpojiacute

Funkce faacutezoveacute nesymetrie je aktivniacute pouze tehdy je-li proud ve všech třech faacuteziacutech gt 25 In

(jmenoviteacuteho proudu) [1]

Naacutesledujiacuteciacute rovnice představuje vyacutepočet procentuaacutelniacuteho poměru proudu pro vypnutiacute motoru při

uacuteplneacute ztraacutetě faacuteze

(

)

36 Ochrana sledu faacuteziacute

Ochrana sledu faacuteziacute hliacutedaacute zejmeacutena spraacutevnyacute směr otaacutečeniacute motoru Důležiteacute pro použitiacute teacuteto

ochrany je miacutesto zapojeniacute napěťoveacuteho modulu VI15x Pokud by byl modul zapojen za stykači

nastala by chyba při reverzniacutem zapojeniacute Na stykačiacutech dochaacuteziacute zapojeniacutem k zaacuteměně dvou

faacutezovyacutech vodičů a tiacutem i změně směru otaacutečeniacute motoru UMC s pomociacute VI150 vyhodnotiacute situaci

jako chybovou a vypne motor Napěťovyacute modul se tedy zpravidla umiacutesťuje hned za hlavniacute jistiacuteciacute

prvek viz Obr 44

37 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Jedno z největšiacutech nebezpečiacute pro motor představuje ztraacuteta jedneacute napaacutejeciacute faacuteze Chod na 2

napaacutejeciacute faacuteze zatěžuje motor na tepelneacute uacutečinky proudu vlivem zvyacutešeniacute proudu ve zbylyacutech 2

faacuteziacutech UMC100 v tomto přiacutepadě vypiacutenaacute motor podle předem stanovenyacutech časovyacutech intervalů

Intervaly vypnutiacute jsou stejneacute jako pro ochranu proti proudoveacutemu přetiacuteženiacute (Tab 32) a

odpoviacutedajiacute nastaveneacute třiacutedě přetiacuteženiacute Tuto ochranu dřiacuteve zajišťovalo tepelneacute releacute ktereacute v tomto

přiacutepadě nemusiacute byacutet použito

38 PTC ochrana

381 Termistor

Termistor je polovodičovyacute nelineaacuterniacute dvojpoacutel jehož odpor se měniacute v zaacutevislosti na teplotě

prostřediacute ve ktereacutem pracuje Jeho vyacutehodou je že velmi rychle a citlivě reaguje na změnu teploty

Rozlišujeme zpravidla 2 druhy termistorů

1 NTC (Negative Temperature Coefficient) - termistor se zaacutepornyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou klesaacute jeho odpor (roste elektrickaacute vodivost a proud)

2 PTC (Positive Temperature Coefficient) ndash termistor s kladnyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou jeho odpor roste

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 40

Obr 38 Zaacutevislost odporu termistoru na teplotě

Použitiacute termistorů

NTC termistory se použiacutevajiacute zpravidla k měřeniacute teploty PTC se nejčastěji využiacutevaacute

v kuchyňskyacutech spotřebičiacutech kde je požadovaacutena konstantniacute teplota v termostatech a pro hliacutedaacuteniacute

teploty vinutiacute motorů

382 Princip PTC ochrany v UMC

Ochrana obecně spadaacute do skupiny proudově nezaacutevislyacutech ochran Pro připojeniacute PTC

termistoru sloužiacute na UMC100 svorky s označeniacutem T1 a T2 PTC zvyšuje svůj odpor s rostouciacute

teplotou proto je možneacute ho použiacutet pro hliacutedaacuteniacute teploty např vinutiacute statoru UMC je schopneacute

vyhodnotit tuto změnu odporu a vydaacute signaacutel k odpojeniacute motoru od siacutetě [7]

39 Ochrana při zemniacutem spojeniacute

Ochrana při zemniacutem spojeniacute spočiacutevaacute v ochraně motoru siacutetě a technologie při nežaacutedouciacutech

vlivech způsobenyacutech zejmeacutena staacuternutiacutem izolace a jejiacutem zhoršenyacutem izolačniacutem uacutečinkem

Naacutesledkem přetěžovaacuteniacute vedeniacute vlhkostiacute kondenzaciacute vody v elektrickeacutem zařiacutezeniacute nebo vrstvou

vodiveacuteho prachu jsou praacutevě zhoršeneacute vlastnosti izolačniacuteho materiaacutelu To vede k nechtěneacutemu

zemniacutemu spojeniacute Zemniacute spojeniacute je monitorovaacuteno pomociacute UMC spolu se zařiacutezeniacutem CEM11 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 41

DEMONSTRAČNIacute PŘIacutePRAVEK 4

41 Naacutevrh přiacutepravku

Pro demonstraci UMC100 a dalšiacutech prvků řady produktů od společnosti ABB sro byl

navržen přiacutepravek pomociacute software AutoCAD a Inventor Professional kteryacute byl poteacute zrealizovaacuten

a oživen Nosnaacute konstrukce (Obr 41) je vyrobena z jӓckelu o rozměru 25x25mm

Obr 41 Nosnaacute konstrukce

Čelniacute panel tvořiacute plech s rozměry 500x400mm a tloušťky 2mm Plech je osazen

rozvaděčovyacutemi kanaacutely 25x60mm a všemi potřebnyacutemi komponentami pro realizaci zapojeniacute

Vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho panelu s otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky a ovlaacutedaciacute tlačiacutetka motoru je na

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

Seznam použityacutech komponent Vyacuterobce

3-poacutelovyacute jistič C16 OEZ

Pojistkoveacute pouzdro RSP 4 Elektro Bečov

Komunikačniacute modul MTQ22-FBP ABB

Motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP ABB

Napěťovyacute modul VI150-FBP ABB

Rozšiřovaciacute modul DX122-FBP ABB

Ministykač LC1K09(LC1K12) Schneider Electric

Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A ABB

Rozvaděčovyacute kanaacutel 25x60mm KOPOS

Přiacutestrojoveacute zdiacuteřky 4mm do panelu AMASS

Tlačiacutetka do panelu 250V1A JIETONG

Tab 41 Seznam použityacutech komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 42

Pro konstrukci je důležiteacute aby navrženyacute panel rozměrově odpoviacutedal všem potřebnyacutem přiacutestrojům

a modulům Pro tuto přiacuteležitost je pomociacute software AutoCAD vytvořen vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho

panelu Obr 43 kteryacute je konstruovaacuten

Navrženyacute nosnyacute plech tloušťky 2mm na ktereacutem jsou umiacutestěny veškereacute komponenty Obr 42

Ve vrchniacute polovině plechu jsou vyvrtaacuteny otvory o průměru 4mm sloužiacuteciacute pro uchyceniacute

rozvaděčoveacuteho kanaacutelu a DIN lišty Ve středniacute čaacutesti plechu jsou 4 průvlečneacute otvory určeneacute k

průchodu vodičů ze zadniacute čaacutesti plechu (od napaacutejeciacutech svorek) do rozvaděčoveacuteho kanaacutelu na straně

předniacute Pro tuto potřebu jsou stejneacute otvory vyvrtaacuteny takeacute do dna kanaacutelu Ve spodniacute čaacutesti jsou

otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky pomociacute kteryacutech je zajištěno napaacutejeniacute panelu a poteacute napaacutejeniacute motoru

a 3 otvory na ovlaacutedaciacute tlačiacutetka k zajištěniacute ovlaacutedaacuteniacute motoru Uchyceniacute plechu k nosneacute konstrukci

je provedeno samořeznyacutemi šroubky M5 v roziacutech plechu

Obr 42 Naacutevrh plechu panelu

Vyacutekres plechu s udaacuteniacutem koacutet je obsažen v přiacuteloze praacutece viz Obr 01

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 43

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 44

42 Scheacutema zapojeniacute přiacutepravku

Demonstračniacute panel je uzpůsoben pro reverzniacute chod trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 44 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho přiacutepravku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 45

43 Vyacuteslednyacute přiacutepravek

Vyacuteslednyacute osazenyacute a zapojenyacute přiacutepravek určenyacute pro laboratorniacute uacutelohu doplněnyacute vhodnyacutemi

štiacutetky pro ovlaacutedaacuteniacute a zapojeniacute napaacutejeciacute siacutetě (VSTUP) a motoru (VYacuteSTUP)

Obr 45 Demonstračniacute přiacutepravek

Zadniacute čaacutest panelu s izolovaacuteniacutem konektorů FASTON pomociacute teplem smrštitelneacute bužiacuterky před

nebezpečnyacutem dotykem živeacute čaacutesti

Obr 46 Zadniacute pohled

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 46

44 Demonstračniacute kufr pro ABB

Pro společnost ABB sro byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 prezentujiacuteciacute

jeho možnosti Zaacutekladniacutem požadavkem naacutevrhu bylo řešeniacute pomociacute jednofaacutezoveacuteho napaacutejeniacute

Jelikož UMC100 je uzpůsobeno pro chod trojfaacutezovyacutech motorů je použit frekvenčniacute měnič

ACS50 kteryacute nabiacuteziacute při napaacutejeniacute pomociacute jednofaacutezoveacute siacutetě na sveacutem vyacutestupu napětiacute 3x230V50Hz

Pro digitaacutelniacute vstupy UMC100 a rozšiřovaciacuteho modulu DX111 je navrženo použitiacute dvoupoacutelovyacutech

paacutečkovyacutech přepiacutenačů s funkciacute (ON)-OFF-ON s napětiacutem 24V DC K signalizaci aktivniacutech vstupů

a vyacutestupů je navrženo použitiacute zelenyacutech signaacutelek Ovlaacutedaciacute panel kufru obsahuje spiacutenače pro

simulaci ztraacutety napaacutejeciacute faacuteze motoru potenciometr k simulaci faacutezoveacute nesymetrie daacutele červenou

signaacutelku pro signalizaci poruchovyacutech stavů a žlutou pro chod motoru Všechny přepiacutenače a

signaacutelky jsou přiacutestupneacute uživateli prostřednictviacutem navrženeacuteho ovlaacutedaciacuteho panelu kteryacute současně

posloužiacute jako kryt kufru (Obr 02) Jelikož pro přenosnyacute kufr neniacute nejvhodnějšiacute použitiacute

asynchronniacuteho motoru je proto použit 6-poacutelovyacute synchronniacute motor s přiacutekonem 23VA

vyacutestupniacutem vyacutekonem 105W a jmenovityacutem proudem 100mA

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 47

Obr 47 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho kufru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 48

SIMULACE OCHRAN 5Kapitola obsahuje soupis simulaciacute ochran ktereacute jsou demonstrovaacuteny v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jež se zabyacutevaacute problematikou UMC100 Z širokeacute škaacutely ochran jsou vybraacuteny 4 situace ktereacute

se v průmyslu často vyskytujiacute

51 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

K nasimulovaacuteniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii je použit posuvnyacute potenciometr kteryacute je

připojen na svorky (12) Pomociacute potenciometru bude snižovaacutena velikost napětiacute na přiacutevodniacute faacutezi

do motoru (L1) Pro demonstraci ochrany je použit napěťovyacute modul VI150 spolu s UMC100 Na

svorky modulu označeneacute (L1L2 a L3) jsou přivedeny faacuteze v uvedeneacutem sledu Při zvyšovaacuteniacute

odporu rezistoru ve faacutezi dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute napětiacute na přiacutevodniacute svorce (L1) vlivem rostouciacuteho

uacutebytku napětiacute na daneacutem rezistoru Je-li napěťovyacute modul propojen vodičem s UMC a je-li spraacutevně

nastaven UMC vyhodnotiacute po určiteacutem poklesu napětiacute a naacuterůstu proudu ve zbylyacutech dvou faacuteziacutech

(L2 a L3) jako chybovou a vybaviacute Nejprve bude vybaveno varovaacuteniacute a poteacute dojde k odpojeniacute

motoru

52 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze je motor vystaven vysokeacutemu riziku což většinou vede k jeho

zničeniacute Demonstrace ochrany proběhne uacuteplnyacutem odpojeniacutem napaacutejeciacute faacuteze L2 Pro vybaveniacute

ochrany neniacute zapotřebiacute aby byl motor v chodu neboť použitiacute napěťoveacuteho modulu VI150

detekuje nepřiacutetomnost napětiacute faacuteze a vybaviacute Při chodu motoru ochrana vybaviacute od 15s pro třiacutedu

5E a do 12s pro 40E podle nastaveneacute třiacutedy přetiacuteženiacute viz Tab 32 Princip funkce při chodu

motoru spočiacutevaacute v porovnaacuteniacute nejvyššiacute a nejnižšiacute naměřeneacute hodnoty faacutezoveacuteho proudu s

nastavenyacutemi uacuterovněmi Vyacutehodou je že signalizuje varovaacuteniacute ještě před samotnyacutem spuštěniacutem

motoru kdy může nastat stav že je přepaacutelena pojistka a obsluha toto nezaznamenala Mimo

přepaacuteleneacute pojistky se může takeacute jednat o uvolněnyacute nebo opotřebenyacute kontakt

53 Ochrana sledu faacuteziacute

Pro spraacutevnyacute chod motoru a diagnostiku pomociacute kontroleacuteru s použitiacutem napěťoveacuteho modulu je

zapotřebiacute dodržet sled faacuteziacute tzn Faacutezovyacute vodič L1rarrsvorka L1 L2 rarrsvorka L3 a L3rarrsvorka L3

Při zaacuteměně některyacutech faacutezovyacutech vodičů neprodleně vybaviacute ochrana sledu faacuteziacute a neniacute dovoleno

spuštěniacute motoru do okamžiku dokud neniacute obsluhou tento probleacutem vyřešen

54 PTC ochrana

Pro vyhodnocovaacuteniacute teploty vinutiacute statoru motoru sloužiacute termistor PTC Při zvyacutešeniacute teploty

nastaacutevaacute zvyacutešeniacute odporu termistoru (viz Obr 38) a motor odpojiacute Udaacutevanaacute odezva UMC na

změnu odporu je v rozmeziacute R = 34-38kΩ

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 49

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany

Z důvodu ochrany motoru neniacute vhodneacute vystavovat motor zvyacutešeneacute teplotě pro nastiacuteněniacute funkce

PTC ochrany Pro tento uacutečel posloužiacute zhotovenyacute box osazenyacute lineaacuterniacutem potenciometrem

s hodnotou odporu 25kΩ jemuž jsou předřazeny odpory 1kΩ a 330Ω

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 50

LABORATORNIacute UacuteLOHA 6

61 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100

Uacutekolem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute řiacutediacuteciacute a kontrolniacute jednotkou pro

provoz trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru UMC100

Motorovyacute kontroleacuter nabiacuteziacute 3 releacuteoveacute vyacutestupy Tyto vyacutestupy jsou připojitelneacute na napětiacute 230V AC s

maximaacutelniacutem proudem 1A Releacuteoveacute vyacutestupy sloužiacute zejmeacutena pro připojeniacute budiacuteciacutech ciacutevek stykačů

Hlavniacute vstupy jsou tvořeny seacuteriiacute svorek jež je umiacutestěnaacute ve spodniacute čaacutesti kontroleacuteru Svorky nesou

označeniacute (DI0 DI1 hellip DI5) Tyto digitaacutelniacute vstupy pracujiacute s napětiacutem 24V DC a sloužiacute pro

připojeniacute ovlaacutedaciacutech tlačiacutetek jako start motoru stop motoru reverzaci rozběh hvězda-trojuacutehelniacutek

nebo např použitiacute vstupu pro koncovyacute spiacutenač pro připojeniacute pomocnyacutech kontaktů stykačů či

funkci aktuaacutetor kdy je ovlaacutedaacuten pohon ventilu Vše podle nastaveniacute uživatele a pracovniacuteho

procesu Vedle hlavniacutech vstupniacutech kontaktů se nachaacuteziacute takeacute jeden vyacutestupniacute s označeniacutem (DO3)

Tento digitaacutelniacute vyacutestup lze využiacutet k připojeniacute 24V DC signalizačniacute kontrolky pro chybovaacute hlaacutešeniacute

modulu UMC100 nabiacuteziacute integrovanyacute vstup pro připojeniacute PTC termistoru Diacuteky PTC jsme

schopni hliacutedat teplotu statoroveacuteho vinutiacute a předejiacutet tiacutem zaacutevažneacutemu poškozeniacute motoru

Hlavniacute obvod

Měřeniacute proudu faacutezovyacutemi vodiči je řešeno pomociacute 3 průvlečnyacutech ok integrovanyacutech v modulu

Tato průvlečnaacute oka jsou měřiacuteciacutemi transformaacutetory proudu navinutyacutemi na toroidniacutem jaacutedře Diacuteky

těmto transformaacutetorům je kontroleacuter schopnyacute měřit proud v rozsahu 024 až 63A Pro vyššiacute

hodnoty proudů až 850A se použiacutevaacute externiacute proudovyacute transformaacutetor

Možnost rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru

UMC se v průmyslovyacutech aplikaciacutech nejčastěji použiacutevaacute s využitiacutem napěťoveacuteho a rozšiřovaciacuteho

(vstupně-vyacutestupniacuteho) modulu Pro laboratorniacute uacutelohu je použit napěťovyacute modul VI150 a

rozšiřovaciacute modul DX122 jenž jsou připojeny k UMC pomociacute UMCIO-CAB přes svorky

s označeniacutem Ca a Cb

Napěťovyacute modul VI150

K demonstraci kontroleacuteru je použit modul s označeniacutem VI150 Zařiacutezeniacute disponuje konektory pro

připojeniacute faacutezovyacutech vodičů (L1 L2 a L3) a je schopneacute měřit hodnotu sdruženeacuteho napětiacute siacutetě

S naměřenyacutemi hodnotami faacutezoveacuteho proudu pomociacute UMC dostaacutevaacuteme takeacute hodnotu faacutezoveacuteho

posuvu mezi napětiacutem a proudem tedy uacutečiniacuteku cos φ Z těchto naměřenyacutech parametrů vypočiacutetaacute

řiacutediacuteciacute jednotka kontroleacuteru činnyacute přiacutekon Ovšem pro spraacutevnou detekci napětiacute je nutneacute dodržet

zapojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 51

Vstupně-vyacutestupniacute modul DX122

Modul umožňuje rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru o dalšiacutech 8 digitaacutelniacutech vstupů na napětiacute 110-230V AC 4

releacuteoveacute vyacutestupy a 1 analogovyacute vyacutestup Pomociacute programu ABB Asset Vision Basic je možneacute

přiacutemeacute přiřazeniacute parametrů a programovaacuteniacute UMC100 a takeacute všech zařiacutezeniacute kteraacute jsou vybavena

DTM (Device Type Manager)- naacutestroj pro konfiguraci a spraacutevu zařiacutezeniacute

Komunikačniacute modul MTQ22

O komunikaci mezi UMC a PC se staraacute modul MTQ22 V software vytvořeneacutem pomociacute

vyacutevojoveacuteho prostřediacute LabVIEW lze sledovat aktuaacutelniacute měřeneacute veličiny zobrazenaacute varovaacuteniacute

poruchovyacutech stavů informace o stavu vstupů a vyacutestupů apod

Napaacutejeciacute zdroj

Napaacutejeniacute modulů zajišťuje zdroj CP-D 2413A s regulaciacute vyacutestupniacuteho napětiacute Regulace je možnaacute

v rozpětiacute 24-28V DC Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute zdroje je umožněna z důvodu požadavku

přesneacuteho napětiacute 24V DC Vlivem zatiacuteženiacute (napaacutejeniacute UMC VI a DX) vyacutestupniacute napětiacute zdroje klesaacute

podle zatěžovaciacute charakteristiky přiacuteslušneacuteho zdroje CP-D sloužiacute takeacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacutech

vstupů UMC

Ochranneacute funkce

UMC nenabiacuteziacute pouze možnost měřeniacute faacutezoveacuteho proudu ale takeacute řadu ochran při poruchovyacutech

stavech provozu Nejčastěji v praxi využiacutevanaacute ochrana je ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute kteraacute

je doprovaacutezena varovnou signalizaciacute nastaacutevajiacuteciacute poruchy

Ochrana motoru při proudoveacutem podtiacuteženiacute pracuje na obdobneacutem principu jako předchoziacute ochrana

Kontroleacuter monitoruje hladinu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu Při jeho poklesu pod nastavenou

uacuteroveň maximaacutelniacuteho dovoleneacuteho poklesu (udaacutevaneacute relativně v k jmenoviteacutemu In) dochaacuteziacute k

signalizaci chyby a odpojeniacute motoru od siacutetě

PTC ochrana spočiacutevaacute v hliacutedaacuteniacute teploty statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru pomociacute PTC

termistoru V našem přiacutepadě je použito lineaacuterniacuteho potenciometru kdy se zvyšujiacuteciacutem se odporem

potenciometru simulujeme zvyšujiacuteciacute se teplotu statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru

Při ztraacutetě některeacute napaacutejeciacute faacuteze motoru dochaacuteziacute k okamžiteacutemu blokovaacuteniacute startu motoru

Ochrana sledu faacuteziacute zajistiacute spraacutevneacute zapojeniacute vodičů L1 L2 a L3 ktereacute je slučitelneacute s nastaveniacutem v

UMC

Vlivem přerušovaneacuteho provozu např S3 kdy nedochaacuteziacute v době klidu a odpojeniacute motoru k

poklesu teploty na teplotu okoliacute může vybavit Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute - Thermal

Overload Protection (TOL)

Zablokovaniacute rotoru byacutevaacute způsobeno přiacuteliš vysokyacutem zaacutetěžnyacutem momentem Mz na hřiacutedeli motoru

nebo mechanickou poruchou Kontroleacuter je při startu schopen detekovat tento stav

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 52

62 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute uacutelohy a scheacutema zapojeniacute panelu

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 53

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 54

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha

Štiacutetek použiteacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 64 Štiacutetek motoru

63 Popis scheacutematu zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

Na vstupniacute svorky s označeniacutem VSTUP (L1 L2 L3 N PE) jsou přivedeny přiacuteslušneacute vodiče

z pracovniacuteho stolu Hlavniacute 16A jistič s vypiacutenaciacute charakteristikou typu C sloužiacute pro jištěniacute siloveacute

čaacutesti obvodu Pro jištěniacute napaacutejeciacuteho zdroje CP-D sloužiacute tavnaacute pojistka 2T250V Napěťoveacute

vstupy na modul VI150 jsou jištěny tavnou pojistkou F125250V Posuvnyacute potenciometr

umiacutestěnyacute na faacutezoveacutem vodiči L1 sloužiacute k demonstraci ochrany při faacutezoveacute nesymetrii

Komunikačniacute modul MTQ22 zajišťuje komunikaci mezi UMC a PC kdy prostřednictviacutem

Ethernetoveacute siacutetě jsme schopni čiacutest měřeneacute veličiny

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 55

64 Pracovniacute postup

1 Seznamte se s kontroleacuterem UMC100 a ostatniacutemi komponenty použityacutemi pro laboratorniacute

uacutelohu a se scheacutematem zapojeniacute uacutelohy

2 Připojte elektromotor a vstupniacute svorky na přiacuteslušneacute zdiacuteřky Před připojeniacutem vyacutekonoveacuteho

potenciometru ověřte měřeniacutem jeho minimaacutelniacute a maximaacutelniacute hodnotu odporu a

poznamenejte si je

3 Připojte potenciometr na určeneacute zdiacuteřky označeneacute čiacutesly 1 a 2 a nastavte hodnotu odporu

4 Po kontrole zapojeniacute vyučujiacuteciacutem zapněte pracoviště a nastavte autotransformaacutetor na 100

vyacutestupniacuteho napětiacute Zapněte hlavniacute jistič Kontrola a nastaveniacute komunikace mezi UMC

DX a VI

Nastaveniacute Komunikace se provede přes LCD displej naacutesledujiacuteciacutem způsobem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on

5 Stiskem tlačiacutetka VPŘED nebo VZAD na panelu uvedeme motor do chodu Pro přechod

z jednoho směru do druheacuteho je nutneacute nejprve zastavit motor tlačiacutetkem STOP Při

zastaveniacute je kontroleacuterem motor blokovaacuten po dobu 3s před dalšiacutem spuštěniacutem z důvodu

doběhu motoru Pohybem tlačiacutetek nahoru dolů pomociacute LCD v hlavniacute nabiacutedce - UMC -

můžeme sledovat aktuaacutelniacute proud motoru sdruženeacute napětiacute odebiacuteranyacute přiacutekon ze siacutetě

uacutečiniacutekhellip

6 Při provaacuteděniacute uacutelohy na brzdě (dynamometru) ověřte funkci ochrany při zablokovaacuteniacute

rotoru funkci ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a proudoveacutem přetiacuteženiacute

7 Při vybaveniacute každeacute z ochran zaznamenejte hodnotu kdy vypnula Před novyacutem startem je

důležiteacute přečiacutest zaacuteznam důvodu poruchy a proveacutest reset na panelu UMC100-PAN jinak je

START blokovaacuten

65 Měřeniacute

OCHRANA PŘED PŘEHŘAacuteTIacuteM MOTORU

Potenciometrem označenyacutem PTC je zvyšovaacutena hodnotu odporu do okamžiku kdy dojde

k odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě zapůsobeniacutem PTC ochrany Hodnota odporu potenciometru

při vybaveniacute ochrany je určena měřeniacutem na 341kΩ Odpoviacutedajiacuteciacute hodnotu teploty motoru

odečteme z grafu a hodnoty odporu potenciometru při vypnutiacute

Do tabulky zapište změřenou hodnotu odporu potenciometru při vypnutiacute Při teacuteto hodnotě odporu

odečtěte teplotu motoru z grafu Ziacuteskanou teplotu porovnejte s vypočtenou teplotou motoru

Tabulka naměřenyacutech a vypočtenyacutech hodnot

R ϑg R0 ϑ

[Ω] [degC] [Ω] [degC]

3410 136 1320 13626

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 56

Vyacutepočet vychaacuteziacute ze vztahu pro zaacutevislost elektrickeacuteho odporu vodiče na teplotě

(651)

kde

(652)

Po uacutepravě pak

α - teplotniacute součinitel elektrickeacuteho odporu (K-1

) (α = 001162 K-1

)

R0 - odpor potenciometru v zaacutekladniacute poloze

R - odpor potenciometru při vybaveniacute ochrany

ϑg - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute odečtenaacute z grafu

ϑ - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute ndash vypočtenaacute

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

R [

Ω]

ϑ [degC]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 57

Vinutiacute motoru je izolovaacuteno izolaciacute třiacutedy F (155)

Třiacuteda izolace A E B F H

Okolniacute teplota [degC] 40 40 40 40 40

Povolenyacute naacuterůst teploty [degC] 60 75 80 105 125

Teplotniacute rezerva 5 5 10 10 15

Konečnaacute teplota 105 120 130 155 180

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru [12]

OCHRANA PŘED NESPRAacuteVNYacuteM SLEDEM FAacuteZIacute

Nedodrženiacutem sledu napaacutejeciacutech faacutezovyacutech vodičů (zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů svorek L2 a L3)

jak je nastaveno v UMC provaacutediacute napěťovyacute modul blokaci startu motoru V tomto přiacutepadě

vybavuje neprodleně ochrana sledu faacuteziacute ndashPhase sequence Funkci zaznamenejte do protokolu

OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII

Zvyšovaacuteniacutem odporu vyacutekonoveacuteho potenciometru zapojeneacuteho ve faacutezi L1 (viz scheacutema zapojeniacute

uacutelohy) dochaacuteziacute k simulaci faacutezoveacute nesymetrie siacutetě Motor je odpojen v okamžiku kdy poklesne

hodnota sdruženeacuteho napětiacute mezi faacutezemi L3 a L1 přibližně na hodnotu Us = 380V Velikost

odporu při vybaveniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii činiacute 101Ω Hodnotu nesymetrie zaznamenejte

do protokolu

OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE

Ztraacuteta faacuteze se realizuje pomociacute spiacutenače v pracovniacutem stole kdy odpojiacuteme napaacutejeciacute faacutezi Změřte

čas od odpojeniacute faacuteze L2 do vybaveniacute ochrany při ztraacutetě faacuteze a poznamenejte do protokolu

66 Demonstrace ochran při použitiacute dynamometru

OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU

K testu ochrany při zablokovaacuteniacute rotoru posloužiacute dynamometr jehož hřiacutedel je spojenaacute se hřiacutedeliacute

asynchronniacuteho motoru pomociacute spojky Hřiacutedel dynamometru je poteacute mechanicky zablokovaacutena

Stiskem přiacuteslušneacuteho tlačiacutetka je proveden start motoru a sledovaacuten proud při odpojeniacute motoru od

siacutetě a čas odpojeniacute Proud při vybaveniacute ochrany při mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru dosaacutehl

hodnoty 1978A což odpoviacutedaacute 582In

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute ndash (High current protection)

Pro simulaci proudoveacuteho přetiacuteženiacute maacuteme nastavenou hodnotu odebiacuteraneacuteho proudu na 130 pro

odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě Snižovaacuteniacutem jmenovityacutech otaacuteček motoru pomociacute dynamometru

(bržděniacutem tzn n rarr 0) dochaacuteziacute k naacuterůstu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu I Odpojeniacute nastalo při

odebiacuteraneacutem proudu 447A Nastaveneacute hodnotě (13In ) naacuteležiacute proud 442A Tiacutem lze konstatovat

že vyacutesledek měřeniacute je srovnatelnyacute s hodnotami uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute

Stav proudoveacuteho podtiacuteženiacute nedostatečneacuteho proudoveacuteho zatiacuteženiacute použiacutevanyacute zejmeacutena u čerpadel

je simulovaacuten pomociacute dynamometru kdy je nastavenaacute hodnota poklesu aktuaacutelniacuteho proudu na

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 58

085In a čas odpojeniacute od siacutetě na 10s Po roztočeniacute a zatiacuteženiacute motoru na hodnotu jmenoviteacuteho

proudu jsou pomociacute dynamometru zvyšovaacuteny otaacutečky motoru n Tento proces maacute za naacutesledek

snižovaacuteniacute aktuaacutelniacuteho proteacutekaneacuteho proudu I kdy motor ztraacuteciacute zatiacuteženiacute Nastaveneacute hodnotě

podtiacuteženiacute odpoviacutedaacute aktuaacutelniacute proud 289A Při dosaženiacute teacuteto uacuterovně je spuštěn odpočet a motor za

10s odpojen

67 Vyhodnoceniacute a zaacutevěr

Vyacutesledkem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute technologiiacute pro diagnostiku

veličin při chodu trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru Při demonstračniacute simulaci ochran byly

dosaženy naacutesledujiacuteciacute vyacutesledky PTC ochrana vybavuje při hodnotě odporu 341kΩ Tato hodnota

odpoviacutedaacute teplotě ϑg = 136degC odečteneacute z grafu Vypočtenaacute teplota ϑ = 13626degC Vyacuterobce uvaacutediacute

zapůsobeniacute ochrany při hodnotě odporu v rozsahu 34-38kΩ Zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů L2 a

L3 proběhla okamžitaacute blokace spuštěniacute motoru Faacutezovaacute nesymetrie vybavila při poklesu napětiacute o

5 Ztraacutetou napaacutejeciacute faacuteze proběhlo odpojeniacute motoru v čase t = 15s Čas odpojeniacute odpoviacutedaacute třiacutedě

přetiacuteženiacute 5E kteraacute je nastavena

Při testu za použitiacute dynamometru bylo zjištěno že při zablokovaneacutem rotoru motoru zapůsobil

kontroleacuter při nastaveneacutem přetiacuteženiacute 3In Teacuteto hodnotě naacuteležiacute proud 102A Jelikož je nastavena

třiacuteda přetiacuteženiacute 5E ktereacute naacuteležiacute interval 15s a poteacute odpojeniacute motoru tak během tohoto okamžiku

vzrostla hodnota proudu na 1978A což odpoviacutedaacute 582In Při proudoveacutem přetiacuteženiacute odpoviacutedaly

vyacutesledky měřeniacute nastaveneacute hodnotě přetiacuteženiacute 13In Ve stavu proudoveacuteho podtiacuteženiacute zapůsobila

ochrana spraacutevně dle nastaveneacuteho poklesu proudu na 085In

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 25: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 25

241 Externiacute proudovyacute transformaacutetor CTs

Externiacute přiacutestrojovyacute transformaacutetor proudu (daacutele jen PTP) se použiacutevaacute v přiacutepadě je-li jmenovityacute

proud motoru vyššiacute než 63A tzn sloužiacute k přizpůsobeniacute proudoveacuteho rozsahu na hodnotu kterou

je schopno UMC změřit UMC100 je schopneacute pracovat pomociacute sveacuteho vnitřniacuteho transformaacutetoru

proudu s proudem 024A až 63A Použitiacutem externiacuteho proudoveacuteho transformaacutetoru je možneacute měřit

až do hodnoty 850A PTP k UMC100 majiacute převod 1854 3104 5004 a 8504 Sekundaacuterniacutemu

vinutiacute odpoviacutedajiacute 4A což uvaacutediacute popis jednotlivyacutech typů proudovyacutech transformaacutetorů uvedenyacutech v

Tab 23 (čiacuteslo uvedeneacute za lomiacutetkem) např CTxLxxxR4 PTP maacute definovanou třiacutedu přesnosti

3 v celeacutem rozsahu měřeneacuteho proudu K nasyceniacute magnetickeacuteho obvodu transformaacutetoru dochaacuteziacute

přibližně při osminaacutesobku jmenoviteacuteho proudu In Transformaacutetor je navržen s třiacutedou přesnosti

5P10 to znamenaacute že je deklarovaacutena průměrnaacute chyba menšiacute než 5 při 10 naacutesobku jmenoviteacute

hodnoty proudu

Typ Rozsah měřeneacuteho proudu

[A] Max proud CT

[A]

CT4L185R4 60 až 185 1480

CT4L310R4 180 až 310 2480

CT5L500R4 300 až 500 4000

CT5L850R4 500 až 850 6800

Tab 23 Typy externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů s měřenyacutem rozsahem proudu [1]

Přiacuteklad zvoleniacute přiacuteslušneacuteho proudoveacuteho transformaacutetoru

Maacuteme-li asynchronniacute motor se jmenovityacutem proudem napřiacuteklad In =190 A a rozběhovyacutem proudem

pak

(241)

Podle jmenoviteacuteho proudu motoru In ležiacuteciacuteho v rozsahu měřeneacuteho proudu přiacuteslušneacuteho CT

určiacuteme typ CT Nachaacuteziacute-li se jmenovityacute proud na mezi některeacuteho z měřenyacutech rozsahů CT voliacute se

takovyacute transformaacutetor kteryacute maacute většiacute hodnotu maximaacutelniacuteho proudu než vyacuteslednyacute proud

vypočtenyacute Pro přiacutepad kdy In = 190 A je zvolenyacute typ CT4L310R4 Maximaacutelniacute proud Imax splňuje

požadavek kdy Imax lt max proud CT [1]

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezky představujiacute konstrukce externiacutech proudovyacutech transformaacutetorů

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 26

Obr 29 Konstrukce CT4L185R4 a CT4L310R4 [3]

Obr 210 Konstrukce CT5L500R4 a CT5L850R4 [3]

Zapojeniacute svorkovnice proudoveacuteho transformaacutetoru CTxLxxxR4 a propojeniacute s integrovanyacutem

proudovyacutem transformaacutetorem UMC100 Na Obr 211 je takeacute ukaacutezka zapojeniacute měřiacuteciacuteho modulu

VI150 na přiacutevodniacutech faacuteziacutech motoru a dodrženyacutem spraacutevnyacutem sledem faacutezovyacutech vodičů

Obr 211 UMC100-FBP s CT a VI150 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 27

Obecně platiacute že vyacutevody sekundaacuterniacuteho vinutiacute měřiacuteciacuteho transformaacutetoru proudu jsou buď

zapojeny na zaacutetěž nebo jsou propojeny do zkratu a jeden z vyacutevodů je uzemněn Princip je patrnyacute

z Obr 212 V praxi dochaacuteziacute k několika chybaacutem způsobenyacutech neznalostiacute problematiky Jednou

může byacutet neuzemněniacute jedneacute ze svorek sekundaacuterniacuteho vinutiacute Pak vznikaacute kapacitniacute vazba a

sekundaacuterniacute vinutiacute v nepřiacutezniveacutem přiacutepadě může vysokyacutem napětiacutem termionicky působit - jiskřit na

kostru Při delšiacutem trvaacuteniacute jiskřiveacuteho vyacuteboje v jednom miacutestě se mohou vytvořit vodiveacute cesty a dojiacutet

k průrazu izolace vodiče k nežaacutedouciacutemu potenciaacutelu [8]

Obr 212 Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů proudu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 28

25 Monitorovaciacute zařiacutezeniacute zemniacuteho spojeniacute CEM11-FBP

Monitorovaciacute zařiacutezeniacute CEM11 sloužiacute pro sledovaacuteniacute svodovyacutech proudů respektive zemniacutech

poruch způsobenyacutech nejčastěji poškozenou izolaciacute Detekovaacuteniacute takoveacuteto zemniacute poruchy vede

k odpojeniacute motoru aby nedošlo k jeho většiacutemu poškozeniacute nebo vede k upozorněniacute obsluhy

Možneacute použitiacute je jak v siacutetiacutech uzemněnyacutech tak i neuzemněnyacutech

Průvlečneacute oko je tvořeno toroidniacutem transformaacutetorem kteryacutem jsou vedeny všechny 3 faacutezoveacute

vodiče motoru Zařiacutezeniacute hliacutedaacute to aby součet faacutezorů proudů byl nulovyacute Jakmile dojde k zemniacutemu

spojeniacute tzn součet faacutezorů proudů je nenulovyacute integrovanaacute elektronika CEM11 sepne nebo

rozepne vyacutestup Vyacutestup z CEM11 pracuje jako kontakt kteryacute detekovanou hodnotou proudu

sepne nebo rozepne 24V DC jenž poteacute může byacutet připojeno jako např digitaacutelniacute vstup do UMC

Nastaveniacute zpožděniacute sepnutiacute varovaacuteniacute nebo odpojeniacute lze zvolit v UMC a to v rozsahu od 01s ndash

255s Nastaveniacute citlivosti spiacutenaacuteniacute je možneacute v několika krociacutech Poloha přepiacutenače (0-7) s toleranciacute

na pozici 0 cca plusmn30 a daacutele vždy s toleranciacute cca plusmn10

CEM11 je možneacute uložit spolu s ostatniacutemi komponenty na DIN lištu normovaneacuteho rozměru

35mm nebo pomociacute přiacutedavneacuteho klipu pro nejmenšiacute rozměr CEM11-FBP20 [1]

Průměr průvlečneacuteho

oka [mm]

Proudovyacute rozsah

[mA]

20 80 - 1700

35 100 - 3400

60 120 - 6800

120 240 - 13600

Tab 24 Rozměry vyraacuteběnyacutech CEM11-FBPs udaacutevanyacutemi hodnotami svodovyacutech proudů

Obr 213 Zapojeniacute CEM11-FBP do obvodu [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 29

26 Napaacutejeciacute zdroj

Pro napaacutejeniacute modulů UMC100 DX122 a VI150 sloužiacute zdroj typu CP-D 2413 Jednaacute se o

napaacutejeciacute zdroj kteryacute na sveacutem vyacutestupu dovoluje regulaci napětiacute 24-28V DC s toleranciacute plusmn 1

Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute je umožněna z důvodu připojeniacute modulů na dlouheacute vedeniacute kde

vznikajiacute uacutebytky napětiacute praacutevě vlivem deacutelky vedeniacute Zpravidla klesne-li na vedeniacute napětiacute od

jednoho zdroje na ktereacutem je nastaveno maximaacutelniacute vyacutestupniacute napětiacute pod minimaacutelniacute hodnotu

potřebnou pro napaacutejeniacute modulu je nutneacute použiacutet dalšiacute napaacutejeciacute zdroj Maximaacutelniacute proud zdroje je

Imax = 13A a jmenovityacute vyacutestupniacute vyacutekon 30W Tento typ zdroje je diacuteky svyacutem modulaacuterniacutem

rozměrům možneacute umiacutestit na DIN lištu (EN50022-35) [6]

Naacutesledujiacuteciacute zatěžovaciacute charakteristika znaacutezorňuje zaacutevislost svorkoveacuteho napětiacute zdroje na

odebiacuteraneacutem proudu pro teplotu T=25degC

Obr 214 Zatěžovaciacute charakteristika zdroje CP-D 2413[6]

Obr 215 Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 30

27 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

Tento modul poskytuje komunikaci pro FieldBusPlug zařiacutezeniacute jako je např UMC100

s počiacutetačem prostřednictviacutem siacutetě Ethernet K MTQ22 lze připojit až 4 zařiacutezeniacute pro uacutesporu

naacutekladů Naacutesledujiacuteciacute popis je vztažen k Obr 216 kde jsou znaacutezorněny jednotliveacute čaacutesti modulu

1 konektory s označeniacutem X1 až X4 sloužiacute pro připojeniacute až 4 zařiacutezeniacute FBP

2 LED diody pro signalizaci aktuaacutelniacuteho stavu komunikace

3 micro USB konektor s označeniacutem X5 pro připojeniacute a konfiguraci pomociacute PC

4 dvě RJ45 zaacutesuvky s označeniacutem E1 a E2 pro připojeniacute pomociacute Ethernetoveacuteho kabelu

5 konektor pro připojeniacute 24V DC napaacutejeciacuteho napětiacute nese označeniacute X6

Obr 216 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 31

OCHRANNEacute FUNKCE 3Kontroleacuter nabiacuteziacute velkeacute množstviacute ochrannyacutech funkciacute potřebnyacutech pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacuteho chodu

motoru Některeacute funkce jsou aktivniacute pouze po čaacutest běhu motoru typicky při startu motoru jineacute

po jeho rozběhu Naacutesledujiacuteciacute tabulka (Tab 31) nastiacuteniacute přehled nejdůležitějšiacutech ochran motoru a

čas kdy jsou aktivovaacuteny

Ochrannaacute funkce Aktivniacute

Při tepelneacutem přetiacuteženiacute Vždy

Při zablokovaneacutem rotoru Při startu motoru

Při proudoveacutem přetiacuteženiacute Po startu

Při proudoveacutem podtiacuteženiacute Po startu

Sled faacuteziacute Vždy

Při faacutezoveacute nesymetrii Vždy

Při ztraacutetě faacuteze Vždy

PTC ochrana Vždy

Při zemniacutem spojeniacute Vždy po spuštěniacute

Při napěťovyacutech špičkaacutech Vždy

Při harmonickeacutem zkresleniacute Vždy

Tab 31 Ochranneacute funkce [1]

Nastaveniacute parametrů jednotlivyacutech ochran probiacutehaacute pomociacute UMC100-PAN

31 Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute

UMC100 disponuje nastavitelnyacutem vypiacutenaacuteniacutem při tepelneacutem přetiacuteženiacute podle třiacuted 5E 10E 20E

30E a 40E viz Obr 31 Tyto třiacutedy uvaacutedějiacute poměr mezi aktuaacutelniacutem prochaacutezejiacuteciacutem proudem

motorem I a jmenovityacutem proudem motoru In uvedenyacutem na štiacutetku v zaacutevislosti na maximaacutelniacute době

rozběhu t

Třiacuteda 5E 10E 20E 30E 40E

t [s] 15 3 6 3 12

Tab 32 Třiacutedy přetiacuteženiacute a čas odpojeniacute

Lze hovořit o dvou typech rozběhu motoru

1 normaacutelniacute rozběh - do 10s

2 těžkyacute rozběh - viacutece jak 10s

Při rozběhu zatiacuteženeacuteho motoru se otaacutečky zvyšujiacute z nuloveacute hodnoty na jmenovitou přičemž

dochaacuteziacute k naacuterůstu proudu až na několikanaacutesobek jeho jmenoviteacute hodnoty Zpravidla u většiacutech

motorů byacutevaacute naacuterůst až 10In tudiacutež v tento bdquokritickyacuteldquo okamžik nesmiacute vybavit ochrana na tepelneacute

přetiacuteženiacute Rozběh motoru pro UMC končiacute při poklesu proudu I na hodnotu 135 proudu

jmenoviteacuteho In nebo při dosaženiacute jmenovityacutech otaacuteček nn Udaacutevaneacute časy představuje Tab 32

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 32

311 Určeniacute teploty vinutiacute a vypiacutenaciacute třiacutedy

Podle způsobu určeniacute teploty vinutiacute motoru se ochrany rozlišujiacute na proudově nezaacutevisleacute a

proudově zaacutevisleacute

Proudově nezaacutevisleacute ochrany měřiacute přiacutemo teplotu ve vinutiacute motoru pomociacute vhodneacuteho čidla

teploty zpravidla termistoru Tiacutemto způsobem lze zjistit nedovoleneacute otepleniacute způsobeneacute např

poruchou cirkulace vzduchu kterou proudově zaacutevislaacute ochrana neniacute schopna vyhodnotit

Proudově zaacutevisleacute ochrany vyhodnocujiacute teplotu vinutiacute motoru nepřiacutemo a to prostřednictviacutem

vyacutepočtoveacuteho modelu z provozniacuteho proudu motoru Zvyacutešeniacute provozniacuteho proudu motoru maacute za

naacutesledek otepleniacute ktereacute vede trvaacute-li delšiacute dobu k poškozeniacute nebo zničeniacute motoru Ochrana při

tepelneacutem přetiacuteženiacute ndash TOL chraacuteniacute motor před přehřaacutetiacutem Tepelnyacute model je vypočiacutetaacutevaacuten za chodu i

v klidu motoru a z těchto stavů se pak zjistiacute tepelnaacute kapacita Znalost teacuteto hodnoty vede

k maximalizaci produktivity Funkčnost tepleneacuteho modelu je v souladu s normou

Při použitiacute motoru pro cyklickeacute operace dochaacuteziacute ke schodoviteacutemu zvyšovaacuteniacute teploty motoru Je

zapotřebiacute volit spraacutevnyacute čas intervalu mezi cykly aby nedochaacutezelo k přehřaacutetiacute a zbytečneacutemu

poškozeniacute izolace vinutiacute motoru

Funkce Thermal load (tzv tepelnaacute zaacutetěž) hliacutedaacute poměr aktuaacutelniacuteho prochaacutezejiacuteciacuteho proudu I a

jmenoviteacuteho proudu In motoru Jakmile poměr IIn přesaacutehne 100 začiacutenaacute odpočet TTT a motor

bude odpojen po uplynutiacute nastaveneacute periody Možnost opětovneacuteho spuštěniacute přetiacuteženeacuteho motoru

proběhne po jeho vychladnutiacute To je možneacute nastavit dvěma způsoby [1]

1 Ručně nastavenou periodou během ktereacute je motor blokovaacuten proti spuštěniacute

(ovlivňovaacuteno velikostiacute motoru teplotou prostřediacute kde je motor použit zda je vybaven

ventilaacutetorem či neniacute apod)

2 Nastaveniacutem procentuaacutelniacute hodnoty tepelneacute kapacity do ktereacute nebude moci obsluha

motor spustit (při nastaveniacute 50 nedojde k odblokovaacuteniacute ochrany pokud neklesne

tepelnaacute kapacita pod zadanou hodnotu)

Určeniacute vypiacutenaciacute třiacutedy je představeno na naacutesledujiacuteciacutem přiacutekladu

Maacuteme-li trojfaacutezovyacute asynchronniacute motor o vyacutekonu 22kW poměr IIn = 5 a maximaacutelniacute dobu

rozběhu to = 10s Z přiloženeacuteho grafu vypiacutenaciacutech třiacuted pro studenyacute motor určiacuteme požadovanou

třiacutedu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 33

Obr 31 Vypiacutenaciacute třiacutedy pro UMC100-FBP[1]

Z vyacutesledku je patrneacute že motor budeme vypiacutenat proti přetiacuteženiacute podle třiacutedy 5E jelikož křivka

pro 5E je pod maximaacutelniacute dobou rozběhu to = 10s Pokud by došlo ke zvoleniacute např třiacutedy 10E

hrozilo by poškozeniacute motoru jelikož by na motor působilo přetiacuteženiacute delšiacute dobu než je tomu

dovoleno [10]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 34

32 Ochrana při zablokovaneacutem rotoru

V okamžiku připojeniacute motoru na napaacutejeciacute siacuteť se rotor neotaacutečiacute (n = 0 s = 1) Motor je ve

stavu nakraacutetko a jeho proud je omezen pouze ohmickyacutemi odpory a rozptylovyacutemi reaktancemi

vinutiacute Zaacuteběrnyacute proud I1z dosahuje většinou 4 až 10 x většiacutech hodnot než proud jmenovityacute In

Určit velikost tohoto proudu je možneacute ze vztahu 321

radic

kde

U1 - Vstupniacute napětiacute

R1 - Odpor primaacuterniacuteho vinutiacute

Xr1 - Reaktance statoroveacuteho vinutiacute

Xrsquor20 - Reaktance zabrzděneacuteho rotoru

Rlsquo2s - Celkovyacute činnyacute odpor rotoru

RFe - Činnyacute odpor magnetickeacuteho obvodu

Xm - Reaktance magnetickeacuteho obvodu

I1z - Zaacuteběrnyacute proud

Obr 32 Obvodovyacute model asynchronniacuteho motoru pro jednu faacutezi statoroveacuteho vinutiacute ndash nakraacutetko

Velkyacute zatěžovaciacute moment Mz nebo mechanickaacute porucha může zapřiacutečinit zablokovaacuteniacute rotoru

Ochrannaacute funkce detekuje dlouhou počaacutetečniacute situaci kteraacute je praacutevě důsledkem zmiacuteněnyacutech přiacutečin

UMC100 tiacutemto odpojiacute motor od napaacutejeniacute čiacutemž ho ochraacuteniacute od nadměrneacuteho tepelneacuteho namaacutehaacuteniacute

V uživatelskeacutem prostřediacute je možneacute individuaacutelně nastavit jak maximaacutelniacute proud tak i čas po

ktereacutem dojde k odpojeniacute zablokovaneacuteho motoru Pro experimentaacutelniacute použitiacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy je nastavena hodnota poměru pro odpočet a naacutesledneacute odpojeniacute IIn na 300 [1] [9]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 35

33 Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute zabezpečiacute odpojeniacute motoru vyskytne-li se v obvodu většiacute

hodnota proudu než nastavenaacute jmenovitaacute In Bliacuteže tuto funkci představiacute přiloženyacute průběh Funkce

je aktivniacute až po roztočeniacute motoru v okamžiku rozběhu je neaktivniacute

Princip ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Do okamžiku T1 od zapnutiacute klesne zaacuteběrnyacute proud na hodnotu cca Ix = 135 In V časoveacutem

uacuteseku T1 až T2 dochaacuteziacute k naacuterůstu prochaacutezejiacuteciacuteho proudu motorem V okamžiku T2 překročiacute

proud hodnotu Ivar Tiacutemto okamžikem začne odpočet nastaveneacute doby zpožděniacute tvar kteraacute po

uplynutiacute sepne signalizaci varovaacuteniacute nadproudoveacuteho přetiacuteženiacute Odpočet doby tvar narůstaacute je-li

proud motorem I gt Ivar Jakmile proud I ge Iodp dochaacuteziacute k sepnutiacute čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute todp

Platiacute-li podmiacutenka I ge Iodp a dojde k načteniacute hodnoty todp UMC100 odpojiacute motor od napaacutejeniacute a tiacutem

zabraacuteniacute jeho poškozeniacute

Obr 33 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu přetiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash dosaženiacute vysokeacute proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash dosaženiacute hodnoty proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

34 Ochrana při proudoveacutem podtiacuteženiacute

Jakmile hodnota (činneacuteho) proudu klesne pod nastavenou uacuteroveň kteraacute je pro danyacute proces

typickaacute dojde v UMC100 k vybaveniacute ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a motor odpojiacute od

napaacutejeniacute Tato ochrana se předevšiacutem využiacutevaacute pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacute funkce čerpadla když detekuje

ztraacutetu jeho saacuteniacute či pro paacutesoveacute dopravniacuteky ve vyacuterobniacutech provozech Včasneacute varovaacuteniacute a odpojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 36

motoru snižuje zejmeacutena prostoje vyacuteroby Princip varovaacuteniacute a odpojeniacute je představen na

naacutesledujiacuteciacutem průběhu jak tomu bylo u ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Princip ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute zobrazeneacuteho průběhu

Po poklesu aktuaacutelniacuteho proudu v okamžiku T1 motor normaacutelně běžiacute V časoveacutem uacuteseku T1 až

T2 dochaacuteziacute k poklesu proudu pod jmenovitou hodnotu In až na nastavenou hodnotu Ivar Při

dosaženiacute teacuteto hodnoty začne odpočet varovaacuteniacute proudoveacuteho podtiacuteženiacute Nepřesaacutehne-li proud za

dobu kratšiacute než tvar mez Ivar (tzn nevzroste-li se zpět k In) dojde ke spuštěniacute signalizace

proudoveacuteho podtiacuteženiacute Při pokračujiacuteciacutem poklesu proudu jak je patrneacute v časoveacutem intervalu T2-T3

až na mez Iodp dojde k čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute Při překročeniacute nastaveneacute doby todp a za

podmiacutenky že proud I le Iodp UMC100 motor odpojiacute od napaacutejeciacute siacutetě

Obr 34 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash niacutezkaacute proudovaacute uacuteroveň kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash hodnota proudu kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

Popis funkce ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute blokoveacuteho scheacutematu

Signaacutel Istart představuje hodnotu proudu po startu motoru- log 1(tzn Signalizace motoru v

chodu) Tento signaacutel tvořiacute vstup logickeacuteho hradla AND (1) Funkci tohoto hradla znaacutezorňuje

přiloženaacute tabulka Tab 33 Druhyacute vstup signalizuje aktuaacutelniacute hodnotu proudu kteraacute motorem

proteacutekaacute Je-li proud IltIvar detekuje hradlo AND druhou logickou jedničku a hradlo vybaviacute podle

přiloženeacute tabulky Tento signaacutel z hradla aktivuje časovač zpožděniacute varovaacuteniacute Po uplynutiacute

nastaveneacuteho časoveacuteho uacuteseku signalizuje podtiacuteženiacute Dochaacuteziacute-li staacutele k poklesu proudu až do

uacuterovně kdy IltIodp pak na druheacutem logickeacutem hradle AND (2) budou na vstupu log 1 Sepne

čiacutetaacuteniacute zpožděniacute vypnutiacute a po uplynutiacute doby UMC motor vypne

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 37

Obr 35 Blokoveacute scheacutema ochrany proti proudoveacutemu podtiacuteženiacute [1]

Vstup Vyacutestup

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

Tab 33 Princip funkce logickeacuteho hradla AND

341 Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek

Při chodu asynchronniacuteho motoru odebiacuteraacute stroj ze siacutetě jalovyacute proud kteryacute je potřebnyacute pro

vytvořeniacute magnetizace hlavniacuteho magnetickeacuteho obvodu Tento tzv magnetizačniacute proud je

nezaacutevislyacute na zatiacuteženiacute stroje Uplatněniacute nalezne zejmeacutena při chodu napraacutezdno a maleacutem zatiacuteženiacute

kdy je uacutečiniacutek motoru niacutezkyacute Motor maacute tedy nejleacutepe pracovat při plneacutem zatiacuteženiacute[11]

Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek jsou důležiteacute parametry pro detekovaacuteniacute niacutezkeacute zaacutetěže nebo situace bez

zaacutetěže např uzavřenyacute ventil Pomociacute napěťoveacuteho modulu VI15x a UMC je měřeno sdruženeacute

(faacutezoveacute) napětiacute faacutezovyacute proud čili i faacutezovyacute posuv mezi proudem a napětiacutem - cos φ Pomociacute těchto

parametrů je UMC schopneacute analogicky spočiacutetat hodnotu činneacuteho přiacutekonu

radic

Poklesne-li poteacute činnyacute přiacutekon pod nastavenou procentuaacutelniacute hodnotu P (př 85 Pn) motor vypne

tj bude-li PPn le 085

Experimentaacutelniacutem měřeniacutem v raacutemci laboratorniacute uacutelohy byla pomociacute přiacutestroje Yokogawa WT1800

změřena zaacutevislost uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute motoru Z vyacutesledneacuteho grafu (Obr 37) je

patrneacute že se snižovaacuteniacutem zatiacuteženiacute rotoru klesaacute velikost uacutečiniacuteku Naměřeneacute hodnoty pro konstrukci

grafu jsou uvedeny v přiacuteloze

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 38

Obr 36 Charakteristiky asynchronniacuteho motoru při zatiacuteženiacute [11]

Obr 37 Graf zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti P2

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

01

02

03

04

05

06

07

08

09

0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000

P1 [

W]

cos

ϕ [

-]

P2 [W]

P2 P1 Q1

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 39

35 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

Princip ochrany

Je-li poměr nejnižšiacuteho proudu (Imin) a nejvyššiacuteho proudu (Imax) ve faacuteziacutech nad nastavenou

uacuterovniacute pro varovaacuteniacute sepne signalizace ztraacutety faacuteze Jakmile ovšem tento poměr překročiacute

nastavenou hodnotu pro odpojeniacute motoru sepne zpožděniacute vypnutiacute a podle nastaveneacute třiacutedy

přetiacuteženiacute motor po uplynutiacute časoveacuteho intervalu odpojiacute

Funkce faacutezoveacute nesymetrie je aktivniacute pouze tehdy je-li proud ve všech třech faacuteziacutech gt 25 In

(jmenoviteacuteho proudu) [1]

Naacutesledujiacuteciacute rovnice představuje vyacutepočet procentuaacutelniacuteho poměru proudu pro vypnutiacute motoru při

uacuteplneacute ztraacutetě faacuteze

(

)

36 Ochrana sledu faacuteziacute

Ochrana sledu faacuteziacute hliacutedaacute zejmeacutena spraacutevnyacute směr otaacutečeniacute motoru Důležiteacute pro použitiacute teacuteto

ochrany je miacutesto zapojeniacute napěťoveacuteho modulu VI15x Pokud by byl modul zapojen za stykači

nastala by chyba při reverzniacutem zapojeniacute Na stykačiacutech dochaacuteziacute zapojeniacutem k zaacuteměně dvou

faacutezovyacutech vodičů a tiacutem i změně směru otaacutečeniacute motoru UMC s pomociacute VI150 vyhodnotiacute situaci

jako chybovou a vypne motor Napěťovyacute modul se tedy zpravidla umiacutesťuje hned za hlavniacute jistiacuteciacute

prvek viz Obr 44

37 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Jedno z největšiacutech nebezpečiacute pro motor představuje ztraacuteta jedneacute napaacutejeciacute faacuteze Chod na 2

napaacutejeciacute faacuteze zatěžuje motor na tepelneacute uacutečinky proudu vlivem zvyacutešeniacute proudu ve zbylyacutech 2

faacuteziacutech UMC100 v tomto přiacutepadě vypiacutenaacute motor podle předem stanovenyacutech časovyacutech intervalů

Intervaly vypnutiacute jsou stejneacute jako pro ochranu proti proudoveacutemu přetiacuteženiacute (Tab 32) a

odpoviacutedajiacute nastaveneacute třiacutedě přetiacuteženiacute Tuto ochranu dřiacuteve zajišťovalo tepelneacute releacute ktereacute v tomto

přiacutepadě nemusiacute byacutet použito

38 PTC ochrana

381 Termistor

Termistor je polovodičovyacute nelineaacuterniacute dvojpoacutel jehož odpor se měniacute v zaacutevislosti na teplotě

prostřediacute ve ktereacutem pracuje Jeho vyacutehodou je že velmi rychle a citlivě reaguje na změnu teploty

Rozlišujeme zpravidla 2 druhy termistorů

1 NTC (Negative Temperature Coefficient) - termistor se zaacutepornyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou klesaacute jeho odpor (roste elektrickaacute vodivost a proud)

2 PTC (Positive Temperature Coefficient) ndash termistor s kladnyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou jeho odpor roste

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 40

Obr 38 Zaacutevislost odporu termistoru na teplotě

Použitiacute termistorů

NTC termistory se použiacutevajiacute zpravidla k měřeniacute teploty PTC se nejčastěji využiacutevaacute

v kuchyňskyacutech spotřebičiacutech kde je požadovaacutena konstantniacute teplota v termostatech a pro hliacutedaacuteniacute

teploty vinutiacute motorů

382 Princip PTC ochrany v UMC

Ochrana obecně spadaacute do skupiny proudově nezaacutevislyacutech ochran Pro připojeniacute PTC

termistoru sloužiacute na UMC100 svorky s označeniacutem T1 a T2 PTC zvyšuje svůj odpor s rostouciacute

teplotou proto je možneacute ho použiacutet pro hliacutedaacuteniacute teploty např vinutiacute statoru UMC je schopneacute

vyhodnotit tuto změnu odporu a vydaacute signaacutel k odpojeniacute motoru od siacutetě [7]

39 Ochrana při zemniacutem spojeniacute

Ochrana při zemniacutem spojeniacute spočiacutevaacute v ochraně motoru siacutetě a technologie při nežaacutedouciacutech

vlivech způsobenyacutech zejmeacutena staacuternutiacutem izolace a jejiacutem zhoršenyacutem izolačniacutem uacutečinkem

Naacutesledkem přetěžovaacuteniacute vedeniacute vlhkostiacute kondenzaciacute vody v elektrickeacutem zařiacutezeniacute nebo vrstvou

vodiveacuteho prachu jsou praacutevě zhoršeneacute vlastnosti izolačniacuteho materiaacutelu To vede k nechtěneacutemu

zemniacutemu spojeniacute Zemniacute spojeniacute je monitorovaacuteno pomociacute UMC spolu se zařiacutezeniacutem CEM11 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 41

DEMONSTRAČNIacute PŘIacutePRAVEK 4

41 Naacutevrh přiacutepravku

Pro demonstraci UMC100 a dalšiacutech prvků řady produktů od společnosti ABB sro byl

navržen přiacutepravek pomociacute software AutoCAD a Inventor Professional kteryacute byl poteacute zrealizovaacuten

a oživen Nosnaacute konstrukce (Obr 41) je vyrobena z jӓckelu o rozměru 25x25mm

Obr 41 Nosnaacute konstrukce

Čelniacute panel tvořiacute plech s rozměry 500x400mm a tloušťky 2mm Plech je osazen

rozvaděčovyacutemi kanaacutely 25x60mm a všemi potřebnyacutemi komponentami pro realizaci zapojeniacute

Vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho panelu s otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky a ovlaacutedaciacute tlačiacutetka motoru je na

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

Seznam použityacutech komponent Vyacuterobce

3-poacutelovyacute jistič C16 OEZ

Pojistkoveacute pouzdro RSP 4 Elektro Bečov

Komunikačniacute modul MTQ22-FBP ABB

Motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP ABB

Napěťovyacute modul VI150-FBP ABB

Rozšiřovaciacute modul DX122-FBP ABB

Ministykač LC1K09(LC1K12) Schneider Electric

Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A ABB

Rozvaděčovyacute kanaacutel 25x60mm KOPOS

Přiacutestrojoveacute zdiacuteřky 4mm do panelu AMASS

Tlačiacutetka do panelu 250V1A JIETONG

Tab 41 Seznam použityacutech komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 42

Pro konstrukci je důležiteacute aby navrženyacute panel rozměrově odpoviacutedal všem potřebnyacutem přiacutestrojům

a modulům Pro tuto přiacuteležitost je pomociacute software AutoCAD vytvořen vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho

panelu Obr 43 kteryacute je konstruovaacuten

Navrženyacute nosnyacute plech tloušťky 2mm na ktereacutem jsou umiacutestěny veškereacute komponenty Obr 42

Ve vrchniacute polovině plechu jsou vyvrtaacuteny otvory o průměru 4mm sloužiacuteciacute pro uchyceniacute

rozvaděčoveacuteho kanaacutelu a DIN lišty Ve středniacute čaacutesti plechu jsou 4 průvlečneacute otvory určeneacute k

průchodu vodičů ze zadniacute čaacutesti plechu (od napaacutejeciacutech svorek) do rozvaděčoveacuteho kanaacutelu na straně

předniacute Pro tuto potřebu jsou stejneacute otvory vyvrtaacuteny takeacute do dna kanaacutelu Ve spodniacute čaacutesti jsou

otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky pomociacute kteryacutech je zajištěno napaacutejeniacute panelu a poteacute napaacutejeniacute motoru

a 3 otvory na ovlaacutedaciacute tlačiacutetka k zajištěniacute ovlaacutedaacuteniacute motoru Uchyceniacute plechu k nosneacute konstrukci

je provedeno samořeznyacutemi šroubky M5 v roziacutech plechu

Obr 42 Naacutevrh plechu panelu

Vyacutekres plechu s udaacuteniacutem koacutet je obsažen v přiacuteloze praacutece viz Obr 01

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 43

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 44

42 Scheacutema zapojeniacute přiacutepravku

Demonstračniacute panel je uzpůsoben pro reverzniacute chod trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 44 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho přiacutepravku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 45

43 Vyacuteslednyacute přiacutepravek

Vyacuteslednyacute osazenyacute a zapojenyacute přiacutepravek určenyacute pro laboratorniacute uacutelohu doplněnyacute vhodnyacutemi

štiacutetky pro ovlaacutedaacuteniacute a zapojeniacute napaacutejeciacute siacutetě (VSTUP) a motoru (VYacuteSTUP)

Obr 45 Demonstračniacute přiacutepravek

Zadniacute čaacutest panelu s izolovaacuteniacutem konektorů FASTON pomociacute teplem smrštitelneacute bužiacuterky před

nebezpečnyacutem dotykem živeacute čaacutesti

Obr 46 Zadniacute pohled

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 46

44 Demonstračniacute kufr pro ABB

Pro společnost ABB sro byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 prezentujiacuteciacute

jeho možnosti Zaacutekladniacutem požadavkem naacutevrhu bylo řešeniacute pomociacute jednofaacutezoveacuteho napaacutejeniacute

Jelikož UMC100 je uzpůsobeno pro chod trojfaacutezovyacutech motorů je použit frekvenčniacute měnič

ACS50 kteryacute nabiacuteziacute při napaacutejeniacute pomociacute jednofaacutezoveacute siacutetě na sveacutem vyacutestupu napětiacute 3x230V50Hz

Pro digitaacutelniacute vstupy UMC100 a rozšiřovaciacuteho modulu DX111 je navrženo použitiacute dvoupoacutelovyacutech

paacutečkovyacutech přepiacutenačů s funkciacute (ON)-OFF-ON s napětiacutem 24V DC K signalizaci aktivniacutech vstupů

a vyacutestupů je navrženo použitiacute zelenyacutech signaacutelek Ovlaacutedaciacute panel kufru obsahuje spiacutenače pro

simulaci ztraacutety napaacutejeciacute faacuteze motoru potenciometr k simulaci faacutezoveacute nesymetrie daacutele červenou

signaacutelku pro signalizaci poruchovyacutech stavů a žlutou pro chod motoru Všechny přepiacutenače a

signaacutelky jsou přiacutestupneacute uživateli prostřednictviacutem navrženeacuteho ovlaacutedaciacuteho panelu kteryacute současně

posloužiacute jako kryt kufru (Obr 02) Jelikož pro přenosnyacute kufr neniacute nejvhodnějšiacute použitiacute

asynchronniacuteho motoru je proto použit 6-poacutelovyacute synchronniacute motor s přiacutekonem 23VA

vyacutestupniacutem vyacutekonem 105W a jmenovityacutem proudem 100mA

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 47

Obr 47 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho kufru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 48

SIMULACE OCHRAN 5Kapitola obsahuje soupis simulaciacute ochran ktereacute jsou demonstrovaacuteny v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jež se zabyacutevaacute problematikou UMC100 Z širokeacute škaacutely ochran jsou vybraacuteny 4 situace ktereacute

se v průmyslu často vyskytujiacute

51 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

K nasimulovaacuteniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii je použit posuvnyacute potenciometr kteryacute je

připojen na svorky (12) Pomociacute potenciometru bude snižovaacutena velikost napětiacute na přiacutevodniacute faacutezi

do motoru (L1) Pro demonstraci ochrany je použit napěťovyacute modul VI150 spolu s UMC100 Na

svorky modulu označeneacute (L1L2 a L3) jsou přivedeny faacuteze v uvedeneacutem sledu Při zvyšovaacuteniacute

odporu rezistoru ve faacutezi dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute napětiacute na přiacutevodniacute svorce (L1) vlivem rostouciacuteho

uacutebytku napětiacute na daneacutem rezistoru Je-li napěťovyacute modul propojen vodičem s UMC a je-li spraacutevně

nastaven UMC vyhodnotiacute po určiteacutem poklesu napětiacute a naacuterůstu proudu ve zbylyacutech dvou faacuteziacutech

(L2 a L3) jako chybovou a vybaviacute Nejprve bude vybaveno varovaacuteniacute a poteacute dojde k odpojeniacute

motoru

52 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze je motor vystaven vysokeacutemu riziku což většinou vede k jeho

zničeniacute Demonstrace ochrany proběhne uacuteplnyacutem odpojeniacutem napaacutejeciacute faacuteze L2 Pro vybaveniacute

ochrany neniacute zapotřebiacute aby byl motor v chodu neboť použitiacute napěťoveacuteho modulu VI150

detekuje nepřiacutetomnost napětiacute faacuteze a vybaviacute Při chodu motoru ochrana vybaviacute od 15s pro třiacutedu

5E a do 12s pro 40E podle nastaveneacute třiacutedy přetiacuteženiacute viz Tab 32 Princip funkce při chodu

motoru spočiacutevaacute v porovnaacuteniacute nejvyššiacute a nejnižšiacute naměřeneacute hodnoty faacutezoveacuteho proudu s

nastavenyacutemi uacuterovněmi Vyacutehodou je že signalizuje varovaacuteniacute ještě před samotnyacutem spuštěniacutem

motoru kdy může nastat stav že je přepaacutelena pojistka a obsluha toto nezaznamenala Mimo

přepaacuteleneacute pojistky se může takeacute jednat o uvolněnyacute nebo opotřebenyacute kontakt

53 Ochrana sledu faacuteziacute

Pro spraacutevnyacute chod motoru a diagnostiku pomociacute kontroleacuteru s použitiacutem napěťoveacuteho modulu je

zapotřebiacute dodržet sled faacuteziacute tzn Faacutezovyacute vodič L1rarrsvorka L1 L2 rarrsvorka L3 a L3rarrsvorka L3

Při zaacuteměně některyacutech faacutezovyacutech vodičů neprodleně vybaviacute ochrana sledu faacuteziacute a neniacute dovoleno

spuštěniacute motoru do okamžiku dokud neniacute obsluhou tento probleacutem vyřešen

54 PTC ochrana

Pro vyhodnocovaacuteniacute teploty vinutiacute statoru motoru sloužiacute termistor PTC Při zvyacutešeniacute teploty

nastaacutevaacute zvyacutešeniacute odporu termistoru (viz Obr 38) a motor odpojiacute Udaacutevanaacute odezva UMC na

změnu odporu je v rozmeziacute R = 34-38kΩ

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 49

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany

Z důvodu ochrany motoru neniacute vhodneacute vystavovat motor zvyacutešeneacute teplotě pro nastiacuteněniacute funkce

PTC ochrany Pro tento uacutečel posloužiacute zhotovenyacute box osazenyacute lineaacuterniacutem potenciometrem

s hodnotou odporu 25kΩ jemuž jsou předřazeny odpory 1kΩ a 330Ω

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 50

LABORATORNIacute UacuteLOHA 6

61 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100

Uacutekolem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute řiacutediacuteciacute a kontrolniacute jednotkou pro

provoz trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru UMC100

Motorovyacute kontroleacuter nabiacuteziacute 3 releacuteoveacute vyacutestupy Tyto vyacutestupy jsou připojitelneacute na napětiacute 230V AC s

maximaacutelniacutem proudem 1A Releacuteoveacute vyacutestupy sloužiacute zejmeacutena pro připojeniacute budiacuteciacutech ciacutevek stykačů

Hlavniacute vstupy jsou tvořeny seacuteriiacute svorek jež je umiacutestěnaacute ve spodniacute čaacutesti kontroleacuteru Svorky nesou

označeniacute (DI0 DI1 hellip DI5) Tyto digitaacutelniacute vstupy pracujiacute s napětiacutem 24V DC a sloužiacute pro

připojeniacute ovlaacutedaciacutech tlačiacutetek jako start motoru stop motoru reverzaci rozběh hvězda-trojuacutehelniacutek

nebo např použitiacute vstupu pro koncovyacute spiacutenač pro připojeniacute pomocnyacutech kontaktů stykačů či

funkci aktuaacutetor kdy je ovlaacutedaacuten pohon ventilu Vše podle nastaveniacute uživatele a pracovniacuteho

procesu Vedle hlavniacutech vstupniacutech kontaktů se nachaacuteziacute takeacute jeden vyacutestupniacute s označeniacutem (DO3)

Tento digitaacutelniacute vyacutestup lze využiacutet k připojeniacute 24V DC signalizačniacute kontrolky pro chybovaacute hlaacutešeniacute

modulu UMC100 nabiacuteziacute integrovanyacute vstup pro připojeniacute PTC termistoru Diacuteky PTC jsme

schopni hliacutedat teplotu statoroveacuteho vinutiacute a předejiacutet tiacutem zaacutevažneacutemu poškozeniacute motoru

Hlavniacute obvod

Měřeniacute proudu faacutezovyacutemi vodiči je řešeno pomociacute 3 průvlečnyacutech ok integrovanyacutech v modulu

Tato průvlečnaacute oka jsou měřiacuteciacutemi transformaacutetory proudu navinutyacutemi na toroidniacutem jaacutedře Diacuteky

těmto transformaacutetorům je kontroleacuter schopnyacute měřit proud v rozsahu 024 až 63A Pro vyššiacute

hodnoty proudů až 850A se použiacutevaacute externiacute proudovyacute transformaacutetor

Možnost rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru

UMC se v průmyslovyacutech aplikaciacutech nejčastěji použiacutevaacute s využitiacutem napěťoveacuteho a rozšiřovaciacuteho

(vstupně-vyacutestupniacuteho) modulu Pro laboratorniacute uacutelohu je použit napěťovyacute modul VI150 a

rozšiřovaciacute modul DX122 jenž jsou připojeny k UMC pomociacute UMCIO-CAB přes svorky

s označeniacutem Ca a Cb

Napěťovyacute modul VI150

K demonstraci kontroleacuteru je použit modul s označeniacutem VI150 Zařiacutezeniacute disponuje konektory pro

připojeniacute faacutezovyacutech vodičů (L1 L2 a L3) a je schopneacute měřit hodnotu sdruženeacuteho napětiacute siacutetě

S naměřenyacutemi hodnotami faacutezoveacuteho proudu pomociacute UMC dostaacutevaacuteme takeacute hodnotu faacutezoveacuteho

posuvu mezi napětiacutem a proudem tedy uacutečiniacuteku cos φ Z těchto naměřenyacutech parametrů vypočiacutetaacute

řiacutediacuteciacute jednotka kontroleacuteru činnyacute přiacutekon Ovšem pro spraacutevnou detekci napětiacute je nutneacute dodržet

zapojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 51

Vstupně-vyacutestupniacute modul DX122

Modul umožňuje rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru o dalšiacutech 8 digitaacutelniacutech vstupů na napětiacute 110-230V AC 4

releacuteoveacute vyacutestupy a 1 analogovyacute vyacutestup Pomociacute programu ABB Asset Vision Basic je možneacute

přiacutemeacute přiřazeniacute parametrů a programovaacuteniacute UMC100 a takeacute všech zařiacutezeniacute kteraacute jsou vybavena

DTM (Device Type Manager)- naacutestroj pro konfiguraci a spraacutevu zařiacutezeniacute

Komunikačniacute modul MTQ22

O komunikaci mezi UMC a PC se staraacute modul MTQ22 V software vytvořeneacutem pomociacute

vyacutevojoveacuteho prostřediacute LabVIEW lze sledovat aktuaacutelniacute měřeneacute veličiny zobrazenaacute varovaacuteniacute

poruchovyacutech stavů informace o stavu vstupů a vyacutestupů apod

Napaacutejeciacute zdroj

Napaacutejeniacute modulů zajišťuje zdroj CP-D 2413A s regulaciacute vyacutestupniacuteho napětiacute Regulace je možnaacute

v rozpětiacute 24-28V DC Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute zdroje je umožněna z důvodu požadavku

přesneacuteho napětiacute 24V DC Vlivem zatiacuteženiacute (napaacutejeniacute UMC VI a DX) vyacutestupniacute napětiacute zdroje klesaacute

podle zatěžovaciacute charakteristiky přiacuteslušneacuteho zdroje CP-D sloužiacute takeacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacutech

vstupů UMC

Ochranneacute funkce

UMC nenabiacuteziacute pouze možnost měřeniacute faacutezoveacuteho proudu ale takeacute řadu ochran při poruchovyacutech

stavech provozu Nejčastěji v praxi využiacutevanaacute ochrana je ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute kteraacute

je doprovaacutezena varovnou signalizaciacute nastaacutevajiacuteciacute poruchy

Ochrana motoru při proudoveacutem podtiacuteženiacute pracuje na obdobneacutem principu jako předchoziacute ochrana

Kontroleacuter monitoruje hladinu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu Při jeho poklesu pod nastavenou

uacuteroveň maximaacutelniacuteho dovoleneacuteho poklesu (udaacutevaneacute relativně v k jmenoviteacutemu In) dochaacuteziacute k

signalizaci chyby a odpojeniacute motoru od siacutetě

PTC ochrana spočiacutevaacute v hliacutedaacuteniacute teploty statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru pomociacute PTC

termistoru V našem přiacutepadě je použito lineaacuterniacuteho potenciometru kdy se zvyšujiacuteciacutem se odporem

potenciometru simulujeme zvyšujiacuteciacute se teplotu statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru

Při ztraacutetě některeacute napaacutejeciacute faacuteze motoru dochaacuteziacute k okamžiteacutemu blokovaacuteniacute startu motoru

Ochrana sledu faacuteziacute zajistiacute spraacutevneacute zapojeniacute vodičů L1 L2 a L3 ktereacute je slučitelneacute s nastaveniacutem v

UMC

Vlivem přerušovaneacuteho provozu např S3 kdy nedochaacuteziacute v době klidu a odpojeniacute motoru k

poklesu teploty na teplotu okoliacute může vybavit Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute - Thermal

Overload Protection (TOL)

Zablokovaniacute rotoru byacutevaacute způsobeno přiacuteliš vysokyacutem zaacutetěžnyacutem momentem Mz na hřiacutedeli motoru

nebo mechanickou poruchou Kontroleacuter je při startu schopen detekovat tento stav

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 52

62 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute uacutelohy a scheacutema zapojeniacute panelu

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 53

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 54

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha

Štiacutetek použiteacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 64 Štiacutetek motoru

63 Popis scheacutematu zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

Na vstupniacute svorky s označeniacutem VSTUP (L1 L2 L3 N PE) jsou přivedeny přiacuteslušneacute vodiče

z pracovniacuteho stolu Hlavniacute 16A jistič s vypiacutenaciacute charakteristikou typu C sloužiacute pro jištěniacute siloveacute

čaacutesti obvodu Pro jištěniacute napaacutejeciacuteho zdroje CP-D sloužiacute tavnaacute pojistka 2T250V Napěťoveacute

vstupy na modul VI150 jsou jištěny tavnou pojistkou F125250V Posuvnyacute potenciometr

umiacutestěnyacute na faacutezoveacutem vodiči L1 sloužiacute k demonstraci ochrany při faacutezoveacute nesymetrii

Komunikačniacute modul MTQ22 zajišťuje komunikaci mezi UMC a PC kdy prostřednictviacutem

Ethernetoveacute siacutetě jsme schopni čiacutest měřeneacute veličiny

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 55

64 Pracovniacute postup

1 Seznamte se s kontroleacuterem UMC100 a ostatniacutemi komponenty použityacutemi pro laboratorniacute

uacutelohu a se scheacutematem zapojeniacute uacutelohy

2 Připojte elektromotor a vstupniacute svorky na přiacuteslušneacute zdiacuteřky Před připojeniacutem vyacutekonoveacuteho

potenciometru ověřte měřeniacutem jeho minimaacutelniacute a maximaacutelniacute hodnotu odporu a

poznamenejte si je

3 Připojte potenciometr na určeneacute zdiacuteřky označeneacute čiacutesly 1 a 2 a nastavte hodnotu odporu

4 Po kontrole zapojeniacute vyučujiacuteciacutem zapněte pracoviště a nastavte autotransformaacutetor na 100

vyacutestupniacuteho napětiacute Zapněte hlavniacute jistič Kontrola a nastaveniacute komunikace mezi UMC

DX a VI

Nastaveniacute Komunikace se provede přes LCD displej naacutesledujiacuteciacutem způsobem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on

5 Stiskem tlačiacutetka VPŘED nebo VZAD na panelu uvedeme motor do chodu Pro přechod

z jednoho směru do druheacuteho je nutneacute nejprve zastavit motor tlačiacutetkem STOP Při

zastaveniacute je kontroleacuterem motor blokovaacuten po dobu 3s před dalšiacutem spuštěniacutem z důvodu

doběhu motoru Pohybem tlačiacutetek nahoru dolů pomociacute LCD v hlavniacute nabiacutedce - UMC -

můžeme sledovat aktuaacutelniacute proud motoru sdruženeacute napětiacute odebiacuteranyacute přiacutekon ze siacutetě

uacutečiniacutekhellip

6 Při provaacuteděniacute uacutelohy na brzdě (dynamometru) ověřte funkci ochrany při zablokovaacuteniacute

rotoru funkci ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a proudoveacutem přetiacuteženiacute

7 Při vybaveniacute každeacute z ochran zaznamenejte hodnotu kdy vypnula Před novyacutem startem je

důležiteacute přečiacutest zaacuteznam důvodu poruchy a proveacutest reset na panelu UMC100-PAN jinak je

START blokovaacuten

65 Měřeniacute

OCHRANA PŘED PŘEHŘAacuteTIacuteM MOTORU

Potenciometrem označenyacutem PTC je zvyšovaacutena hodnotu odporu do okamžiku kdy dojde

k odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě zapůsobeniacutem PTC ochrany Hodnota odporu potenciometru

při vybaveniacute ochrany je určena měřeniacutem na 341kΩ Odpoviacutedajiacuteciacute hodnotu teploty motoru

odečteme z grafu a hodnoty odporu potenciometru při vypnutiacute

Do tabulky zapište změřenou hodnotu odporu potenciometru při vypnutiacute Při teacuteto hodnotě odporu

odečtěte teplotu motoru z grafu Ziacuteskanou teplotu porovnejte s vypočtenou teplotou motoru

Tabulka naměřenyacutech a vypočtenyacutech hodnot

R ϑg R0 ϑ

[Ω] [degC] [Ω] [degC]

3410 136 1320 13626

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 56

Vyacutepočet vychaacuteziacute ze vztahu pro zaacutevislost elektrickeacuteho odporu vodiče na teplotě

(651)

kde

(652)

Po uacutepravě pak

α - teplotniacute součinitel elektrickeacuteho odporu (K-1

) (α = 001162 K-1

)

R0 - odpor potenciometru v zaacutekladniacute poloze

R - odpor potenciometru při vybaveniacute ochrany

ϑg - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute odečtenaacute z grafu

ϑ - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute ndash vypočtenaacute

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

R [

Ω]

ϑ [degC]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 57

Vinutiacute motoru je izolovaacuteno izolaciacute třiacutedy F (155)

Třiacuteda izolace A E B F H

Okolniacute teplota [degC] 40 40 40 40 40

Povolenyacute naacuterůst teploty [degC] 60 75 80 105 125

Teplotniacute rezerva 5 5 10 10 15

Konečnaacute teplota 105 120 130 155 180

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru [12]

OCHRANA PŘED NESPRAacuteVNYacuteM SLEDEM FAacuteZIacute

Nedodrženiacutem sledu napaacutejeciacutech faacutezovyacutech vodičů (zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů svorek L2 a L3)

jak je nastaveno v UMC provaacutediacute napěťovyacute modul blokaci startu motoru V tomto přiacutepadě

vybavuje neprodleně ochrana sledu faacuteziacute ndashPhase sequence Funkci zaznamenejte do protokolu

OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII

Zvyšovaacuteniacutem odporu vyacutekonoveacuteho potenciometru zapojeneacuteho ve faacutezi L1 (viz scheacutema zapojeniacute

uacutelohy) dochaacuteziacute k simulaci faacutezoveacute nesymetrie siacutetě Motor je odpojen v okamžiku kdy poklesne

hodnota sdruženeacuteho napětiacute mezi faacutezemi L3 a L1 přibližně na hodnotu Us = 380V Velikost

odporu při vybaveniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii činiacute 101Ω Hodnotu nesymetrie zaznamenejte

do protokolu

OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE

Ztraacuteta faacuteze se realizuje pomociacute spiacutenače v pracovniacutem stole kdy odpojiacuteme napaacutejeciacute faacutezi Změřte

čas od odpojeniacute faacuteze L2 do vybaveniacute ochrany při ztraacutetě faacuteze a poznamenejte do protokolu

66 Demonstrace ochran při použitiacute dynamometru

OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU

K testu ochrany při zablokovaacuteniacute rotoru posloužiacute dynamometr jehož hřiacutedel je spojenaacute se hřiacutedeliacute

asynchronniacuteho motoru pomociacute spojky Hřiacutedel dynamometru je poteacute mechanicky zablokovaacutena

Stiskem přiacuteslušneacuteho tlačiacutetka je proveden start motoru a sledovaacuten proud při odpojeniacute motoru od

siacutetě a čas odpojeniacute Proud při vybaveniacute ochrany při mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru dosaacutehl

hodnoty 1978A což odpoviacutedaacute 582In

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute ndash (High current protection)

Pro simulaci proudoveacuteho přetiacuteženiacute maacuteme nastavenou hodnotu odebiacuteraneacuteho proudu na 130 pro

odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě Snižovaacuteniacutem jmenovityacutech otaacuteček motoru pomociacute dynamometru

(bržděniacutem tzn n rarr 0) dochaacuteziacute k naacuterůstu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu I Odpojeniacute nastalo při

odebiacuteraneacutem proudu 447A Nastaveneacute hodnotě (13In ) naacuteležiacute proud 442A Tiacutem lze konstatovat

že vyacutesledek měřeniacute je srovnatelnyacute s hodnotami uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute

Stav proudoveacuteho podtiacuteženiacute nedostatečneacuteho proudoveacuteho zatiacuteženiacute použiacutevanyacute zejmeacutena u čerpadel

je simulovaacuten pomociacute dynamometru kdy je nastavenaacute hodnota poklesu aktuaacutelniacuteho proudu na

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 58

085In a čas odpojeniacute od siacutetě na 10s Po roztočeniacute a zatiacuteženiacute motoru na hodnotu jmenoviteacuteho

proudu jsou pomociacute dynamometru zvyšovaacuteny otaacutečky motoru n Tento proces maacute za naacutesledek

snižovaacuteniacute aktuaacutelniacuteho proteacutekaneacuteho proudu I kdy motor ztraacuteciacute zatiacuteženiacute Nastaveneacute hodnotě

podtiacuteženiacute odpoviacutedaacute aktuaacutelniacute proud 289A Při dosaženiacute teacuteto uacuterovně je spuštěn odpočet a motor za

10s odpojen

67 Vyhodnoceniacute a zaacutevěr

Vyacutesledkem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute technologiiacute pro diagnostiku

veličin při chodu trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru Při demonstračniacute simulaci ochran byly

dosaženy naacutesledujiacuteciacute vyacutesledky PTC ochrana vybavuje při hodnotě odporu 341kΩ Tato hodnota

odpoviacutedaacute teplotě ϑg = 136degC odečteneacute z grafu Vypočtenaacute teplota ϑ = 13626degC Vyacuterobce uvaacutediacute

zapůsobeniacute ochrany při hodnotě odporu v rozsahu 34-38kΩ Zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů L2 a

L3 proběhla okamžitaacute blokace spuštěniacute motoru Faacutezovaacute nesymetrie vybavila při poklesu napětiacute o

5 Ztraacutetou napaacutejeciacute faacuteze proběhlo odpojeniacute motoru v čase t = 15s Čas odpojeniacute odpoviacutedaacute třiacutedě

přetiacuteženiacute 5E kteraacute je nastavena

Při testu za použitiacute dynamometru bylo zjištěno že při zablokovaneacutem rotoru motoru zapůsobil

kontroleacuter při nastaveneacutem přetiacuteženiacute 3In Teacuteto hodnotě naacuteležiacute proud 102A Jelikož je nastavena

třiacuteda přetiacuteženiacute 5E ktereacute naacuteležiacute interval 15s a poteacute odpojeniacute motoru tak během tohoto okamžiku

vzrostla hodnota proudu na 1978A což odpoviacutedaacute 582In Při proudoveacutem přetiacuteženiacute odpoviacutedaly

vyacutesledky měřeniacute nastaveneacute hodnotě přetiacuteženiacute 13In Ve stavu proudoveacuteho podtiacuteženiacute zapůsobila

ochrana spraacutevně dle nastaveneacuteho poklesu proudu na 085In

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 26: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 26

Obr 29 Konstrukce CT4L185R4 a CT4L310R4 [3]

Obr 210 Konstrukce CT5L500R4 a CT5L850R4 [3]

Zapojeniacute svorkovnice proudoveacuteho transformaacutetoru CTxLxxxR4 a propojeniacute s integrovanyacutem

proudovyacutem transformaacutetorem UMC100 Na Obr 211 je takeacute ukaacutezka zapojeniacute měřiacuteciacuteho modulu

VI150 na přiacutevodniacutech faacuteziacutech motoru a dodrženyacutem spraacutevnyacutem sledem faacutezovyacutech vodičů

Obr 211 UMC100-FBP s CT a VI150 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 27

Obecně platiacute že vyacutevody sekundaacuterniacuteho vinutiacute měřiacuteciacuteho transformaacutetoru proudu jsou buď

zapojeny na zaacutetěž nebo jsou propojeny do zkratu a jeden z vyacutevodů je uzemněn Princip je patrnyacute

z Obr 212 V praxi dochaacuteziacute k několika chybaacutem způsobenyacutech neznalostiacute problematiky Jednou

může byacutet neuzemněniacute jedneacute ze svorek sekundaacuterniacuteho vinutiacute Pak vznikaacute kapacitniacute vazba a

sekundaacuterniacute vinutiacute v nepřiacutezniveacutem přiacutepadě může vysokyacutem napětiacutem termionicky působit - jiskřit na

kostru Při delšiacutem trvaacuteniacute jiskřiveacuteho vyacuteboje v jednom miacutestě se mohou vytvořit vodiveacute cesty a dojiacutet

k průrazu izolace vodiče k nežaacutedouciacutemu potenciaacutelu [8]

Obr 212 Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů proudu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 28

25 Monitorovaciacute zařiacutezeniacute zemniacuteho spojeniacute CEM11-FBP

Monitorovaciacute zařiacutezeniacute CEM11 sloužiacute pro sledovaacuteniacute svodovyacutech proudů respektive zemniacutech

poruch způsobenyacutech nejčastěji poškozenou izolaciacute Detekovaacuteniacute takoveacuteto zemniacute poruchy vede

k odpojeniacute motoru aby nedošlo k jeho většiacutemu poškozeniacute nebo vede k upozorněniacute obsluhy

Možneacute použitiacute je jak v siacutetiacutech uzemněnyacutech tak i neuzemněnyacutech

Průvlečneacute oko je tvořeno toroidniacutem transformaacutetorem kteryacutem jsou vedeny všechny 3 faacutezoveacute

vodiče motoru Zařiacutezeniacute hliacutedaacute to aby součet faacutezorů proudů byl nulovyacute Jakmile dojde k zemniacutemu

spojeniacute tzn součet faacutezorů proudů je nenulovyacute integrovanaacute elektronika CEM11 sepne nebo

rozepne vyacutestup Vyacutestup z CEM11 pracuje jako kontakt kteryacute detekovanou hodnotou proudu

sepne nebo rozepne 24V DC jenž poteacute může byacutet připojeno jako např digitaacutelniacute vstup do UMC

Nastaveniacute zpožděniacute sepnutiacute varovaacuteniacute nebo odpojeniacute lze zvolit v UMC a to v rozsahu od 01s ndash

255s Nastaveniacute citlivosti spiacutenaacuteniacute je možneacute v několika krociacutech Poloha přepiacutenače (0-7) s toleranciacute

na pozici 0 cca plusmn30 a daacutele vždy s toleranciacute cca plusmn10

CEM11 je možneacute uložit spolu s ostatniacutemi komponenty na DIN lištu normovaneacuteho rozměru

35mm nebo pomociacute přiacutedavneacuteho klipu pro nejmenšiacute rozměr CEM11-FBP20 [1]

Průměr průvlečneacuteho

oka [mm]

Proudovyacute rozsah

[mA]

20 80 - 1700

35 100 - 3400

60 120 - 6800

120 240 - 13600

Tab 24 Rozměry vyraacuteběnyacutech CEM11-FBPs udaacutevanyacutemi hodnotami svodovyacutech proudů

Obr 213 Zapojeniacute CEM11-FBP do obvodu [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 29

26 Napaacutejeciacute zdroj

Pro napaacutejeniacute modulů UMC100 DX122 a VI150 sloužiacute zdroj typu CP-D 2413 Jednaacute se o

napaacutejeciacute zdroj kteryacute na sveacutem vyacutestupu dovoluje regulaci napětiacute 24-28V DC s toleranciacute plusmn 1

Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute je umožněna z důvodu připojeniacute modulů na dlouheacute vedeniacute kde

vznikajiacute uacutebytky napětiacute praacutevě vlivem deacutelky vedeniacute Zpravidla klesne-li na vedeniacute napětiacute od

jednoho zdroje na ktereacutem je nastaveno maximaacutelniacute vyacutestupniacute napětiacute pod minimaacutelniacute hodnotu

potřebnou pro napaacutejeniacute modulu je nutneacute použiacutet dalšiacute napaacutejeciacute zdroj Maximaacutelniacute proud zdroje je

Imax = 13A a jmenovityacute vyacutestupniacute vyacutekon 30W Tento typ zdroje je diacuteky svyacutem modulaacuterniacutem

rozměrům možneacute umiacutestit na DIN lištu (EN50022-35) [6]

Naacutesledujiacuteciacute zatěžovaciacute charakteristika znaacutezorňuje zaacutevislost svorkoveacuteho napětiacute zdroje na

odebiacuteraneacutem proudu pro teplotu T=25degC

Obr 214 Zatěžovaciacute charakteristika zdroje CP-D 2413[6]

Obr 215 Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 30

27 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

Tento modul poskytuje komunikaci pro FieldBusPlug zařiacutezeniacute jako je např UMC100

s počiacutetačem prostřednictviacutem siacutetě Ethernet K MTQ22 lze připojit až 4 zařiacutezeniacute pro uacutesporu

naacutekladů Naacutesledujiacuteciacute popis je vztažen k Obr 216 kde jsou znaacutezorněny jednotliveacute čaacutesti modulu

1 konektory s označeniacutem X1 až X4 sloužiacute pro připojeniacute až 4 zařiacutezeniacute FBP

2 LED diody pro signalizaci aktuaacutelniacuteho stavu komunikace

3 micro USB konektor s označeniacutem X5 pro připojeniacute a konfiguraci pomociacute PC

4 dvě RJ45 zaacutesuvky s označeniacutem E1 a E2 pro připojeniacute pomociacute Ethernetoveacuteho kabelu

5 konektor pro připojeniacute 24V DC napaacutejeciacuteho napětiacute nese označeniacute X6

Obr 216 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 31

OCHRANNEacute FUNKCE 3Kontroleacuter nabiacuteziacute velkeacute množstviacute ochrannyacutech funkciacute potřebnyacutech pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacuteho chodu

motoru Některeacute funkce jsou aktivniacute pouze po čaacutest běhu motoru typicky při startu motoru jineacute

po jeho rozběhu Naacutesledujiacuteciacute tabulka (Tab 31) nastiacuteniacute přehled nejdůležitějšiacutech ochran motoru a

čas kdy jsou aktivovaacuteny

Ochrannaacute funkce Aktivniacute

Při tepelneacutem přetiacuteženiacute Vždy

Při zablokovaneacutem rotoru Při startu motoru

Při proudoveacutem přetiacuteženiacute Po startu

Při proudoveacutem podtiacuteženiacute Po startu

Sled faacuteziacute Vždy

Při faacutezoveacute nesymetrii Vždy

Při ztraacutetě faacuteze Vždy

PTC ochrana Vždy

Při zemniacutem spojeniacute Vždy po spuštěniacute

Při napěťovyacutech špičkaacutech Vždy

Při harmonickeacutem zkresleniacute Vždy

Tab 31 Ochranneacute funkce [1]

Nastaveniacute parametrů jednotlivyacutech ochran probiacutehaacute pomociacute UMC100-PAN

31 Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute

UMC100 disponuje nastavitelnyacutem vypiacutenaacuteniacutem při tepelneacutem přetiacuteženiacute podle třiacuted 5E 10E 20E

30E a 40E viz Obr 31 Tyto třiacutedy uvaacutedějiacute poměr mezi aktuaacutelniacutem prochaacutezejiacuteciacutem proudem

motorem I a jmenovityacutem proudem motoru In uvedenyacutem na štiacutetku v zaacutevislosti na maximaacutelniacute době

rozběhu t

Třiacuteda 5E 10E 20E 30E 40E

t [s] 15 3 6 3 12

Tab 32 Třiacutedy přetiacuteženiacute a čas odpojeniacute

Lze hovořit o dvou typech rozběhu motoru

1 normaacutelniacute rozběh - do 10s

2 těžkyacute rozběh - viacutece jak 10s

Při rozběhu zatiacuteženeacuteho motoru se otaacutečky zvyšujiacute z nuloveacute hodnoty na jmenovitou přičemž

dochaacuteziacute k naacuterůstu proudu až na několikanaacutesobek jeho jmenoviteacute hodnoty Zpravidla u většiacutech

motorů byacutevaacute naacuterůst až 10In tudiacutež v tento bdquokritickyacuteldquo okamžik nesmiacute vybavit ochrana na tepelneacute

přetiacuteženiacute Rozběh motoru pro UMC končiacute při poklesu proudu I na hodnotu 135 proudu

jmenoviteacuteho In nebo při dosaženiacute jmenovityacutech otaacuteček nn Udaacutevaneacute časy představuje Tab 32

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 32

311 Určeniacute teploty vinutiacute a vypiacutenaciacute třiacutedy

Podle způsobu určeniacute teploty vinutiacute motoru se ochrany rozlišujiacute na proudově nezaacutevisleacute a

proudově zaacutevisleacute

Proudově nezaacutevisleacute ochrany měřiacute přiacutemo teplotu ve vinutiacute motoru pomociacute vhodneacuteho čidla

teploty zpravidla termistoru Tiacutemto způsobem lze zjistit nedovoleneacute otepleniacute způsobeneacute např

poruchou cirkulace vzduchu kterou proudově zaacutevislaacute ochrana neniacute schopna vyhodnotit

Proudově zaacutevisleacute ochrany vyhodnocujiacute teplotu vinutiacute motoru nepřiacutemo a to prostřednictviacutem

vyacutepočtoveacuteho modelu z provozniacuteho proudu motoru Zvyacutešeniacute provozniacuteho proudu motoru maacute za

naacutesledek otepleniacute ktereacute vede trvaacute-li delšiacute dobu k poškozeniacute nebo zničeniacute motoru Ochrana při

tepelneacutem přetiacuteženiacute ndash TOL chraacuteniacute motor před přehřaacutetiacutem Tepelnyacute model je vypočiacutetaacutevaacuten za chodu i

v klidu motoru a z těchto stavů se pak zjistiacute tepelnaacute kapacita Znalost teacuteto hodnoty vede

k maximalizaci produktivity Funkčnost tepleneacuteho modelu je v souladu s normou

Při použitiacute motoru pro cyklickeacute operace dochaacuteziacute ke schodoviteacutemu zvyšovaacuteniacute teploty motoru Je

zapotřebiacute volit spraacutevnyacute čas intervalu mezi cykly aby nedochaacutezelo k přehřaacutetiacute a zbytečneacutemu

poškozeniacute izolace vinutiacute motoru

Funkce Thermal load (tzv tepelnaacute zaacutetěž) hliacutedaacute poměr aktuaacutelniacuteho prochaacutezejiacuteciacuteho proudu I a

jmenoviteacuteho proudu In motoru Jakmile poměr IIn přesaacutehne 100 začiacutenaacute odpočet TTT a motor

bude odpojen po uplynutiacute nastaveneacute periody Možnost opětovneacuteho spuštěniacute přetiacuteženeacuteho motoru

proběhne po jeho vychladnutiacute To je možneacute nastavit dvěma způsoby [1]

1 Ručně nastavenou periodou během ktereacute je motor blokovaacuten proti spuštěniacute

(ovlivňovaacuteno velikostiacute motoru teplotou prostřediacute kde je motor použit zda je vybaven

ventilaacutetorem či neniacute apod)

2 Nastaveniacutem procentuaacutelniacute hodnoty tepelneacute kapacity do ktereacute nebude moci obsluha

motor spustit (při nastaveniacute 50 nedojde k odblokovaacuteniacute ochrany pokud neklesne

tepelnaacute kapacita pod zadanou hodnotu)

Určeniacute vypiacutenaciacute třiacutedy je představeno na naacutesledujiacuteciacutem přiacutekladu

Maacuteme-li trojfaacutezovyacute asynchronniacute motor o vyacutekonu 22kW poměr IIn = 5 a maximaacutelniacute dobu

rozběhu to = 10s Z přiloženeacuteho grafu vypiacutenaciacutech třiacuted pro studenyacute motor určiacuteme požadovanou

třiacutedu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 33

Obr 31 Vypiacutenaciacute třiacutedy pro UMC100-FBP[1]

Z vyacutesledku je patrneacute že motor budeme vypiacutenat proti přetiacuteženiacute podle třiacutedy 5E jelikož křivka

pro 5E je pod maximaacutelniacute dobou rozběhu to = 10s Pokud by došlo ke zvoleniacute např třiacutedy 10E

hrozilo by poškozeniacute motoru jelikož by na motor působilo přetiacuteženiacute delšiacute dobu než je tomu

dovoleno [10]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 34

32 Ochrana při zablokovaneacutem rotoru

V okamžiku připojeniacute motoru na napaacutejeciacute siacuteť se rotor neotaacutečiacute (n = 0 s = 1) Motor je ve

stavu nakraacutetko a jeho proud je omezen pouze ohmickyacutemi odpory a rozptylovyacutemi reaktancemi

vinutiacute Zaacuteběrnyacute proud I1z dosahuje většinou 4 až 10 x většiacutech hodnot než proud jmenovityacute In

Určit velikost tohoto proudu je možneacute ze vztahu 321

radic

kde

U1 - Vstupniacute napětiacute

R1 - Odpor primaacuterniacuteho vinutiacute

Xr1 - Reaktance statoroveacuteho vinutiacute

Xrsquor20 - Reaktance zabrzděneacuteho rotoru

Rlsquo2s - Celkovyacute činnyacute odpor rotoru

RFe - Činnyacute odpor magnetickeacuteho obvodu

Xm - Reaktance magnetickeacuteho obvodu

I1z - Zaacuteběrnyacute proud

Obr 32 Obvodovyacute model asynchronniacuteho motoru pro jednu faacutezi statoroveacuteho vinutiacute ndash nakraacutetko

Velkyacute zatěžovaciacute moment Mz nebo mechanickaacute porucha může zapřiacutečinit zablokovaacuteniacute rotoru

Ochrannaacute funkce detekuje dlouhou počaacutetečniacute situaci kteraacute je praacutevě důsledkem zmiacuteněnyacutech přiacutečin

UMC100 tiacutemto odpojiacute motor od napaacutejeniacute čiacutemž ho ochraacuteniacute od nadměrneacuteho tepelneacuteho namaacutehaacuteniacute

V uživatelskeacutem prostřediacute je možneacute individuaacutelně nastavit jak maximaacutelniacute proud tak i čas po

ktereacutem dojde k odpojeniacute zablokovaneacuteho motoru Pro experimentaacutelniacute použitiacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy je nastavena hodnota poměru pro odpočet a naacutesledneacute odpojeniacute IIn na 300 [1] [9]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 35

33 Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute zabezpečiacute odpojeniacute motoru vyskytne-li se v obvodu většiacute

hodnota proudu než nastavenaacute jmenovitaacute In Bliacuteže tuto funkci představiacute přiloženyacute průběh Funkce

je aktivniacute až po roztočeniacute motoru v okamžiku rozběhu je neaktivniacute

Princip ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Do okamžiku T1 od zapnutiacute klesne zaacuteběrnyacute proud na hodnotu cca Ix = 135 In V časoveacutem

uacuteseku T1 až T2 dochaacuteziacute k naacuterůstu prochaacutezejiacuteciacuteho proudu motorem V okamžiku T2 překročiacute

proud hodnotu Ivar Tiacutemto okamžikem začne odpočet nastaveneacute doby zpožděniacute tvar kteraacute po

uplynutiacute sepne signalizaci varovaacuteniacute nadproudoveacuteho přetiacuteženiacute Odpočet doby tvar narůstaacute je-li

proud motorem I gt Ivar Jakmile proud I ge Iodp dochaacuteziacute k sepnutiacute čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute todp

Platiacute-li podmiacutenka I ge Iodp a dojde k načteniacute hodnoty todp UMC100 odpojiacute motor od napaacutejeniacute a tiacutem

zabraacuteniacute jeho poškozeniacute

Obr 33 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu přetiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash dosaženiacute vysokeacute proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash dosaženiacute hodnoty proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

34 Ochrana při proudoveacutem podtiacuteženiacute

Jakmile hodnota (činneacuteho) proudu klesne pod nastavenou uacuteroveň kteraacute je pro danyacute proces

typickaacute dojde v UMC100 k vybaveniacute ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a motor odpojiacute od

napaacutejeniacute Tato ochrana se předevšiacutem využiacutevaacute pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacute funkce čerpadla když detekuje

ztraacutetu jeho saacuteniacute či pro paacutesoveacute dopravniacuteky ve vyacuterobniacutech provozech Včasneacute varovaacuteniacute a odpojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 36

motoru snižuje zejmeacutena prostoje vyacuteroby Princip varovaacuteniacute a odpojeniacute je představen na

naacutesledujiacuteciacutem průběhu jak tomu bylo u ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Princip ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute zobrazeneacuteho průběhu

Po poklesu aktuaacutelniacuteho proudu v okamžiku T1 motor normaacutelně běžiacute V časoveacutem uacuteseku T1 až

T2 dochaacuteziacute k poklesu proudu pod jmenovitou hodnotu In až na nastavenou hodnotu Ivar Při

dosaženiacute teacuteto hodnoty začne odpočet varovaacuteniacute proudoveacuteho podtiacuteženiacute Nepřesaacutehne-li proud za

dobu kratšiacute než tvar mez Ivar (tzn nevzroste-li se zpět k In) dojde ke spuštěniacute signalizace

proudoveacuteho podtiacuteženiacute Při pokračujiacuteciacutem poklesu proudu jak je patrneacute v časoveacutem intervalu T2-T3

až na mez Iodp dojde k čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute Při překročeniacute nastaveneacute doby todp a za

podmiacutenky že proud I le Iodp UMC100 motor odpojiacute od napaacutejeciacute siacutetě

Obr 34 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash niacutezkaacute proudovaacute uacuteroveň kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash hodnota proudu kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

Popis funkce ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute blokoveacuteho scheacutematu

Signaacutel Istart představuje hodnotu proudu po startu motoru- log 1(tzn Signalizace motoru v

chodu) Tento signaacutel tvořiacute vstup logickeacuteho hradla AND (1) Funkci tohoto hradla znaacutezorňuje

přiloženaacute tabulka Tab 33 Druhyacute vstup signalizuje aktuaacutelniacute hodnotu proudu kteraacute motorem

proteacutekaacute Je-li proud IltIvar detekuje hradlo AND druhou logickou jedničku a hradlo vybaviacute podle

přiloženeacute tabulky Tento signaacutel z hradla aktivuje časovač zpožděniacute varovaacuteniacute Po uplynutiacute

nastaveneacuteho časoveacuteho uacuteseku signalizuje podtiacuteženiacute Dochaacuteziacute-li staacutele k poklesu proudu až do

uacuterovně kdy IltIodp pak na druheacutem logickeacutem hradle AND (2) budou na vstupu log 1 Sepne

čiacutetaacuteniacute zpožděniacute vypnutiacute a po uplynutiacute doby UMC motor vypne

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 37

Obr 35 Blokoveacute scheacutema ochrany proti proudoveacutemu podtiacuteženiacute [1]

Vstup Vyacutestup

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

Tab 33 Princip funkce logickeacuteho hradla AND

341 Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek

Při chodu asynchronniacuteho motoru odebiacuteraacute stroj ze siacutetě jalovyacute proud kteryacute je potřebnyacute pro

vytvořeniacute magnetizace hlavniacuteho magnetickeacuteho obvodu Tento tzv magnetizačniacute proud je

nezaacutevislyacute na zatiacuteženiacute stroje Uplatněniacute nalezne zejmeacutena při chodu napraacutezdno a maleacutem zatiacuteženiacute

kdy je uacutečiniacutek motoru niacutezkyacute Motor maacute tedy nejleacutepe pracovat při plneacutem zatiacuteženiacute[11]

Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek jsou důležiteacute parametry pro detekovaacuteniacute niacutezkeacute zaacutetěže nebo situace bez

zaacutetěže např uzavřenyacute ventil Pomociacute napěťoveacuteho modulu VI15x a UMC je měřeno sdruženeacute

(faacutezoveacute) napětiacute faacutezovyacute proud čili i faacutezovyacute posuv mezi proudem a napětiacutem - cos φ Pomociacute těchto

parametrů je UMC schopneacute analogicky spočiacutetat hodnotu činneacuteho přiacutekonu

radic

Poklesne-li poteacute činnyacute přiacutekon pod nastavenou procentuaacutelniacute hodnotu P (př 85 Pn) motor vypne

tj bude-li PPn le 085

Experimentaacutelniacutem měřeniacutem v raacutemci laboratorniacute uacutelohy byla pomociacute přiacutestroje Yokogawa WT1800

změřena zaacutevislost uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute motoru Z vyacutesledneacuteho grafu (Obr 37) je

patrneacute že se snižovaacuteniacutem zatiacuteženiacute rotoru klesaacute velikost uacutečiniacuteku Naměřeneacute hodnoty pro konstrukci

grafu jsou uvedeny v přiacuteloze

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 38

Obr 36 Charakteristiky asynchronniacuteho motoru při zatiacuteženiacute [11]

Obr 37 Graf zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti P2

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

01

02

03

04

05

06

07

08

09

0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000

P1 [

W]

cos

ϕ [

-]

P2 [W]

P2 P1 Q1

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 39

35 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

Princip ochrany

Je-li poměr nejnižšiacuteho proudu (Imin) a nejvyššiacuteho proudu (Imax) ve faacuteziacutech nad nastavenou

uacuterovniacute pro varovaacuteniacute sepne signalizace ztraacutety faacuteze Jakmile ovšem tento poměr překročiacute

nastavenou hodnotu pro odpojeniacute motoru sepne zpožděniacute vypnutiacute a podle nastaveneacute třiacutedy

přetiacuteženiacute motor po uplynutiacute časoveacuteho intervalu odpojiacute

Funkce faacutezoveacute nesymetrie je aktivniacute pouze tehdy je-li proud ve všech třech faacuteziacutech gt 25 In

(jmenoviteacuteho proudu) [1]

Naacutesledujiacuteciacute rovnice představuje vyacutepočet procentuaacutelniacuteho poměru proudu pro vypnutiacute motoru při

uacuteplneacute ztraacutetě faacuteze

(

)

36 Ochrana sledu faacuteziacute

Ochrana sledu faacuteziacute hliacutedaacute zejmeacutena spraacutevnyacute směr otaacutečeniacute motoru Důležiteacute pro použitiacute teacuteto

ochrany je miacutesto zapojeniacute napěťoveacuteho modulu VI15x Pokud by byl modul zapojen za stykači

nastala by chyba při reverzniacutem zapojeniacute Na stykačiacutech dochaacuteziacute zapojeniacutem k zaacuteměně dvou

faacutezovyacutech vodičů a tiacutem i změně směru otaacutečeniacute motoru UMC s pomociacute VI150 vyhodnotiacute situaci

jako chybovou a vypne motor Napěťovyacute modul se tedy zpravidla umiacutesťuje hned za hlavniacute jistiacuteciacute

prvek viz Obr 44

37 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Jedno z největšiacutech nebezpečiacute pro motor představuje ztraacuteta jedneacute napaacutejeciacute faacuteze Chod na 2

napaacutejeciacute faacuteze zatěžuje motor na tepelneacute uacutečinky proudu vlivem zvyacutešeniacute proudu ve zbylyacutech 2

faacuteziacutech UMC100 v tomto přiacutepadě vypiacutenaacute motor podle předem stanovenyacutech časovyacutech intervalů

Intervaly vypnutiacute jsou stejneacute jako pro ochranu proti proudoveacutemu přetiacuteženiacute (Tab 32) a

odpoviacutedajiacute nastaveneacute třiacutedě přetiacuteženiacute Tuto ochranu dřiacuteve zajišťovalo tepelneacute releacute ktereacute v tomto

přiacutepadě nemusiacute byacutet použito

38 PTC ochrana

381 Termistor

Termistor je polovodičovyacute nelineaacuterniacute dvojpoacutel jehož odpor se měniacute v zaacutevislosti na teplotě

prostřediacute ve ktereacutem pracuje Jeho vyacutehodou je že velmi rychle a citlivě reaguje na změnu teploty

Rozlišujeme zpravidla 2 druhy termistorů

1 NTC (Negative Temperature Coefficient) - termistor se zaacutepornyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou klesaacute jeho odpor (roste elektrickaacute vodivost a proud)

2 PTC (Positive Temperature Coefficient) ndash termistor s kladnyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou jeho odpor roste

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 40

Obr 38 Zaacutevislost odporu termistoru na teplotě

Použitiacute termistorů

NTC termistory se použiacutevajiacute zpravidla k měřeniacute teploty PTC se nejčastěji využiacutevaacute

v kuchyňskyacutech spotřebičiacutech kde je požadovaacutena konstantniacute teplota v termostatech a pro hliacutedaacuteniacute

teploty vinutiacute motorů

382 Princip PTC ochrany v UMC

Ochrana obecně spadaacute do skupiny proudově nezaacutevislyacutech ochran Pro připojeniacute PTC

termistoru sloužiacute na UMC100 svorky s označeniacutem T1 a T2 PTC zvyšuje svůj odpor s rostouciacute

teplotou proto je možneacute ho použiacutet pro hliacutedaacuteniacute teploty např vinutiacute statoru UMC je schopneacute

vyhodnotit tuto změnu odporu a vydaacute signaacutel k odpojeniacute motoru od siacutetě [7]

39 Ochrana při zemniacutem spojeniacute

Ochrana při zemniacutem spojeniacute spočiacutevaacute v ochraně motoru siacutetě a technologie při nežaacutedouciacutech

vlivech způsobenyacutech zejmeacutena staacuternutiacutem izolace a jejiacutem zhoršenyacutem izolačniacutem uacutečinkem

Naacutesledkem přetěžovaacuteniacute vedeniacute vlhkostiacute kondenzaciacute vody v elektrickeacutem zařiacutezeniacute nebo vrstvou

vodiveacuteho prachu jsou praacutevě zhoršeneacute vlastnosti izolačniacuteho materiaacutelu To vede k nechtěneacutemu

zemniacutemu spojeniacute Zemniacute spojeniacute je monitorovaacuteno pomociacute UMC spolu se zařiacutezeniacutem CEM11 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 41

DEMONSTRAČNIacute PŘIacutePRAVEK 4

41 Naacutevrh přiacutepravku

Pro demonstraci UMC100 a dalšiacutech prvků řady produktů od společnosti ABB sro byl

navržen přiacutepravek pomociacute software AutoCAD a Inventor Professional kteryacute byl poteacute zrealizovaacuten

a oživen Nosnaacute konstrukce (Obr 41) je vyrobena z jӓckelu o rozměru 25x25mm

Obr 41 Nosnaacute konstrukce

Čelniacute panel tvořiacute plech s rozměry 500x400mm a tloušťky 2mm Plech je osazen

rozvaděčovyacutemi kanaacutely 25x60mm a všemi potřebnyacutemi komponentami pro realizaci zapojeniacute

Vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho panelu s otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky a ovlaacutedaciacute tlačiacutetka motoru je na

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

Seznam použityacutech komponent Vyacuterobce

3-poacutelovyacute jistič C16 OEZ

Pojistkoveacute pouzdro RSP 4 Elektro Bečov

Komunikačniacute modul MTQ22-FBP ABB

Motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP ABB

Napěťovyacute modul VI150-FBP ABB

Rozšiřovaciacute modul DX122-FBP ABB

Ministykač LC1K09(LC1K12) Schneider Electric

Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A ABB

Rozvaděčovyacute kanaacutel 25x60mm KOPOS

Přiacutestrojoveacute zdiacuteřky 4mm do panelu AMASS

Tlačiacutetka do panelu 250V1A JIETONG

Tab 41 Seznam použityacutech komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 42

Pro konstrukci je důležiteacute aby navrženyacute panel rozměrově odpoviacutedal všem potřebnyacutem přiacutestrojům

a modulům Pro tuto přiacuteležitost je pomociacute software AutoCAD vytvořen vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho

panelu Obr 43 kteryacute je konstruovaacuten

Navrženyacute nosnyacute plech tloušťky 2mm na ktereacutem jsou umiacutestěny veškereacute komponenty Obr 42

Ve vrchniacute polovině plechu jsou vyvrtaacuteny otvory o průměru 4mm sloužiacuteciacute pro uchyceniacute

rozvaděčoveacuteho kanaacutelu a DIN lišty Ve středniacute čaacutesti plechu jsou 4 průvlečneacute otvory určeneacute k

průchodu vodičů ze zadniacute čaacutesti plechu (od napaacutejeciacutech svorek) do rozvaděčoveacuteho kanaacutelu na straně

předniacute Pro tuto potřebu jsou stejneacute otvory vyvrtaacuteny takeacute do dna kanaacutelu Ve spodniacute čaacutesti jsou

otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky pomociacute kteryacutech je zajištěno napaacutejeniacute panelu a poteacute napaacutejeniacute motoru

a 3 otvory na ovlaacutedaciacute tlačiacutetka k zajištěniacute ovlaacutedaacuteniacute motoru Uchyceniacute plechu k nosneacute konstrukci

je provedeno samořeznyacutemi šroubky M5 v roziacutech plechu

Obr 42 Naacutevrh plechu panelu

Vyacutekres plechu s udaacuteniacutem koacutet je obsažen v přiacuteloze praacutece viz Obr 01

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 43

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 44

42 Scheacutema zapojeniacute přiacutepravku

Demonstračniacute panel je uzpůsoben pro reverzniacute chod trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 44 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho přiacutepravku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 45

43 Vyacuteslednyacute přiacutepravek

Vyacuteslednyacute osazenyacute a zapojenyacute přiacutepravek určenyacute pro laboratorniacute uacutelohu doplněnyacute vhodnyacutemi

štiacutetky pro ovlaacutedaacuteniacute a zapojeniacute napaacutejeciacute siacutetě (VSTUP) a motoru (VYacuteSTUP)

Obr 45 Demonstračniacute přiacutepravek

Zadniacute čaacutest panelu s izolovaacuteniacutem konektorů FASTON pomociacute teplem smrštitelneacute bužiacuterky před

nebezpečnyacutem dotykem živeacute čaacutesti

Obr 46 Zadniacute pohled

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 46

44 Demonstračniacute kufr pro ABB

Pro společnost ABB sro byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 prezentujiacuteciacute

jeho možnosti Zaacutekladniacutem požadavkem naacutevrhu bylo řešeniacute pomociacute jednofaacutezoveacuteho napaacutejeniacute

Jelikož UMC100 je uzpůsobeno pro chod trojfaacutezovyacutech motorů je použit frekvenčniacute měnič

ACS50 kteryacute nabiacuteziacute při napaacutejeniacute pomociacute jednofaacutezoveacute siacutetě na sveacutem vyacutestupu napětiacute 3x230V50Hz

Pro digitaacutelniacute vstupy UMC100 a rozšiřovaciacuteho modulu DX111 je navrženo použitiacute dvoupoacutelovyacutech

paacutečkovyacutech přepiacutenačů s funkciacute (ON)-OFF-ON s napětiacutem 24V DC K signalizaci aktivniacutech vstupů

a vyacutestupů je navrženo použitiacute zelenyacutech signaacutelek Ovlaacutedaciacute panel kufru obsahuje spiacutenače pro

simulaci ztraacutety napaacutejeciacute faacuteze motoru potenciometr k simulaci faacutezoveacute nesymetrie daacutele červenou

signaacutelku pro signalizaci poruchovyacutech stavů a žlutou pro chod motoru Všechny přepiacutenače a

signaacutelky jsou přiacutestupneacute uživateli prostřednictviacutem navrženeacuteho ovlaacutedaciacuteho panelu kteryacute současně

posloužiacute jako kryt kufru (Obr 02) Jelikož pro přenosnyacute kufr neniacute nejvhodnějšiacute použitiacute

asynchronniacuteho motoru je proto použit 6-poacutelovyacute synchronniacute motor s přiacutekonem 23VA

vyacutestupniacutem vyacutekonem 105W a jmenovityacutem proudem 100mA

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 47

Obr 47 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho kufru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 48

SIMULACE OCHRAN 5Kapitola obsahuje soupis simulaciacute ochran ktereacute jsou demonstrovaacuteny v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jež se zabyacutevaacute problematikou UMC100 Z širokeacute škaacutely ochran jsou vybraacuteny 4 situace ktereacute

se v průmyslu často vyskytujiacute

51 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

K nasimulovaacuteniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii je použit posuvnyacute potenciometr kteryacute je

připojen na svorky (12) Pomociacute potenciometru bude snižovaacutena velikost napětiacute na přiacutevodniacute faacutezi

do motoru (L1) Pro demonstraci ochrany je použit napěťovyacute modul VI150 spolu s UMC100 Na

svorky modulu označeneacute (L1L2 a L3) jsou přivedeny faacuteze v uvedeneacutem sledu Při zvyšovaacuteniacute

odporu rezistoru ve faacutezi dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute napětiacute na přiacutevodniacute svorce (L1) vlivem rostouciacuteho

uacutebytku napětiacute na daneacutem rezistoru Je-li napěťovyacute modul propojen vodičem s UMC a je-li spraacutevně

nastaven UMC vyhodnotiacute po určiteacutem poklesu napětiacute a naacuterůstu proudu ve zbylyacutech dvou faacuteziacutech

(L2 a L3) jako chybovou a vybaviacute Nejprve bude vybaveno varovaacuteniacute a poteacute dojde k odpojeniacute

motoru

52 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze je motor vystaven vysokeacutemu riziku což většinou vede k jeho

zničeniacute Demonstrace ochrany proběhne uacuteplnyacutem odpojeniacutem napaacutejeciacute faacuteze L2 Pro vybaveniacute

ochrany neniacute zapotřebiacute aby byl motor v chodu neboť použitiacute napěťoveacuteho modulu VI150

detekuje nepřiacutetomnost napětiacute faacuteze a vybaviacute Při chodu motoru ochrana vybaviacute od 15s pro třiacutedu

5E a do 12s pro 40E podle nastaveneacute třiacutedy přetiacuteženiacute viz Tab 32 Princip funkce při chodu

motoru spočiacutevaacute v porovnaacuteniacute nejvyššiacute a nejnižšiacute naměřeneacute hodnoty faacutezoveacuteho proudu s

nastavenyacutemi uacuterovněmi Vyacutehodou je že signalizuje varovaacuteniacute ještě před samotnyacutem spuštěniacutem

motoru kdy může nastat stav že je přepaacutelena pojistka a obsluha toto nezaznamenala Mimo

přepaacuteleneacute pojistky se může takeacute jednat o uvolněnyacute nebo opotřebenyacute kontakt

53 Ochrana sledu faacuteziacute

Pro spraacutevnyacute chod motoru a diagnostiku pomociacute kontroleacuteru s použitiacutem napěťoveacuteho modulu je

zapotřebiacute dodržet sled faacuteziacute tzn Faacutezovyacute vodič L1rarrsvorka L1 L2 rarrsvorka L3 a L3rarrsvorka L3

Při zaacuteměně některyacutech faacutezovyacutech vodičů neprodleně vybaviacute ochrana sledu faacuteziacute a neniacute dovoleno

spuštěniacute motoru do okamžiku dokud neniacute obsluhou tento probleacutem vyřešen

54 PTC ochrana

Pro vyhodnocovaacuteniacute teploty vinutiacute statoru motoru sloužiacute termistor PTC Při zvyacutešeniacute teploty

nastaacutevaacute zvyacutešeniacute odporu termistoru (viz Obr 38) a motor odpojiacute Udaacutevanaacute odezva UMC na

změnu odporu je v rozmeziacute R = 34-38kΩ

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 49

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany

Z důvodu ochrany motoru neniacute vhodneacute vystavovat motor zvyacutešeneacute teplotě pro nastiacuteněniacute funkce

PTC ochrany Pro tento uacutečel posloužiacute zhotovenyacute box osazenyacute lineaacuterniacutem potenciometrem

s hodnotou odporu 25kΩ jemuž jsou předřazeny odpory 1kΩ a 330Ω

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 50

LABORATORNIacute UacuteLOHA 6

61 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100

Uacutekolem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute řiacutediacuteciacute a kontrolniacute jednotkou pro

provoz trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru UMC100

Motorovyacute kontroleacuter nabiacuteziacute 3 releacuteoveacute vyacutestupy Tyto vyacutestupy jsou připojitelneacute na napětiacute 230V AC s

maximaacutelniacutem proudem 1A Releacuteoveacute vyacutestupy sloužiacute zejmeacutena pro připojeniacute budiacuteciacutech ciacutevek stykačů

Hlavniacute vstupy jsou tvořeny seacuteriiacute svorek jež je umiacutestěnaacute ve spodniacute čaacutesti kontroleacuteru Svorky nesou

označeniacute (DI0 DI1 hellip DI5) Tyto digitaacutelniacute vstupy pracujiacute s napětiacutem 24V DC a sloužiacute pro

připojeniacute ovlaacutedaciacutech tlačiacutetek jako start motoru stop motoru reverzaci rozběh hvězda-trojuacutehelniacutek

nebo např použitiacute vstupu pro koncovyacute spiacutenač pro připojeniacute pomocnyacutech kontaktů stykačů či

funkci aktuaacutetor kdy je ovlaacutedaacuten pohon ventilu Vše podle nastaveniacute uživatele a pracovniacuteho

procesu Vedle hlavniacutech vstupniacutech kontaktů se nachaacuteziacute takeacute jeden vyacutestupniacute s označeniacutem (DO3)

Tento digitaacutelniacute vyacutestup lze využiacutet k připojeniacute 24V DC signalizačniacute kontrolky pro chybovaacute hlaacutešeniacute

modulu UMC100 nabiacuteziacute integrovanyacute vstup pro připojeniacute PTC termistoru Diacuteky PTC jsme

schopni hliacutedat teplotu statoroveacuteho vinutiacute a předejiacutet tiacutem zaacutevažneacutemu poškozeniacute motoru

Hlavniacute obvod

Měřeniacute proudu faacutezovyacutemi vodiči je řešeno pomociacute 3 průvlečnyacutech ok integrovanyacutech v modulu

Tato průvlečnaacute oka jsou měřiacuteciacutemi transformaacutetory proudu navinutyacutemi na toroidniacutem jaacutedře Diacuteky

těmto transformaacutetorům je kontroleacuter schopnyacute měřit proud v rozsahu 024 až 63A Pro vyššiacute

hodnoty proudů až 850A se použiacutevaacute externiacute proudovyacute transformaacutetor

Možnost rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru

UMC se v průmyslovyacutech aplikaciacutech nejčastěji použiacutevaacute s využitiacutem napěťoveacuteho a rozšiřovaciacuteho

(vstupně-vyacutestupniacuteho) modulu Pro laboratorniacute uacutelohu je použit napěťovyacute modul VI150 a

rozšiřovaciacute modul DX122 jenž jsou připojeny k UMC pomociacute UMCIO-CAB přes svorky

s označeniacutem Ca a Cb

Napěťovyacute modul VI150

K demonstraci kontroleacuteru je použit modul s označeniacutem VI150 Zařiacutezeniacute disponuje konektory pro

připojeniacute faacutezovyacutech vodičů (L1 L2 a L3) a je schopneacute měřit hodnotu sdruženeacuteho napětiacute siacutetě

S naměřenyacutemi hodnotami faacutezoveacuteho proudu pomociacute UMC dostaacutevaacuteme takeacute hodnotu faacutezoveacuteho

posuvu mezi napětiacutem a proudem tedy uacutečiniacuteku cos φ Z těchto naměřenyacutech parametrů vypočiacutetaacute

řiacutediacuteciacute jednotka kontroleacuteru činnyacute přiacutekon Ovšem pro spraacutevnou detekci napětiacute je nutneacute dodržet

zapojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 51

Vstupně-vyacutestupniacute modul DX122

Modul umožňuje rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru o dalšiacutech 8 digitaacutelniacutech vstupů na napětiacute 110-230V AC 4

releacuteoveacute vyacutestupy a 1 analogovyacute vyacutestup Pomociacute programu ABB Asset Vision Basic je možneacute

přiacutemeacute přiřazeniacute parametrů a programovaacuteniacute UMC100 a takeacute všech zařiacutezeniacute kteraacute jsou vybavena

DTM (Device Type Manager)- naacutestroj pro konfiguraci a spraacutevu zařiacutezeniacute

Komunikačniacute modul MTQ22

O komunikaci mezi UMC a PC se staraacute modul MTQ22 V software vytvořeneacutem pomociacute

vyacutevojoveacuteho prostřediacute LabVIEW lze sledovat aktuaacutelniacute měřeneacute veličiny zobrazenaacute varovaacuteniacute

poruchovyacutech stavů informace o stavu vstupů a vyacutestupů apod

Napaacutejeciacute zdroj

Napaacutejeniacute modulů zajišťuje zdroj CP-D 2413A s regulaciacute vyacutestupniacuteho napětiacute Regulace je možnaacute

v rozpětiacute 24-28V DC Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute zdroje je umožněna z důvodu požadavku

přesneacuteho napětiacute 24V DC Vlivem zatiacuteženiacute (napaacutejeniacute UMC VI a DX) vyacutestupniacute napětiacute zdroje klesaacute

podle zatěžovaciacute charakteristiky přiacuteslušneacuteho zdroje CP-D sloužiacute takeacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacutech

vstupů UMC

Ochranneacute funkce

UMC nenabiacuteziacute pouze možnost měřeniacute faacutezoveacuteho proudu ale takeacute řadu ochran při poruchovyacutech

stavech provozu Nejčastěji v praxi využiacutevanaacute ochrana je ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute kteraacute

je doprovaacutezena varovnou signalizaciacute nastaacutevajiacuteciacute poruchy

Ochrana motoru při proudoveacutem podtiacuteženiacute pracuje na obdobneacutem principu jako předchoziacute ochrana

Kontroleacuter monitoruje hladinu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu Při jeho poklesu pod nastavenou

uacuteroveň maximaacutelniacuteho dovoleneacuteho poklesu (udaacutevaneacute relativně v k jmenoviteacutemu In) dochaacuteziacute k

signalizaci chyby a odpojeniacute motoru od siacutetě

PTC ochrana spočiacutevaacute v hliacutedaacuteniacute teploty statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru pomociacute PTC

termistoru V našem přiacutepadě je použito lineaacuterniacuteho potenciometru kdy se zvyšujiacuteciacutem se odporem

potenciometru simulujeme zvyšujiacuteciacute se teplotu statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru

Při ztraacutetě některeacute napaacutejeciacute faacuteze motoru dochaacuteziacute k okamžiteacutemu blokovaacuteniacute startu motoru

Ochrana sledu faacuteziacute zajistiacute spraacutevneacute zapojeniacute vodičů L1 L2 a L3 ktereacute je slučitelneacute s nastaveniacutem v

UMC

Vlivem přerušovaneacuteho provozu např S3 kdy nedochaacuteziacute v době klidu a odpojeniacute motoru k

poklesu teploty na teplotu okoliacute může vybavit Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute - Thermal

Overload Protection (TOL)

Zablokovaniacute rotoru byacutevaacute způsobeno přiacuteliš vysokyacutem zaacutetěžnyacutem momentem Mz na hřiacutedeli motoru

nebo mechanickou poruchou Kontroleacuter je při startu schopen detekovat tento stav

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 52

62 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute uacutelohy a scheacutema zapojeniacute panelu

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 53

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 54

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha

Štiacutetek použiteacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 64 Štiacutetek motoru

63 Popis scheacutematu zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

Na vstupniacute svorky s označeniacutem VSTUP (L1 L2 L3 N PE) jsou přivedeny přiacuteslušneacute vodiče

z pracovniacuteho stolu Hlavniacute 16A jistič s vypiacutenaciacute charakteristikou typu C sloužiacute pro jištěniacute siloveacute

čaacutesti obvodu Pro jištěniacute napaacutejeciacuteho zdroje CP-D sloužiacute tavnaacute pojistka 2T250V Napěťoveacute

vstupy na modul VI150 jsou jištěny tavnou pojistkou F125250V Posuvnyacute potenciometr

umiacutestěnyacute na faacutezoveacutem vodiči L1 sloužiacute k demonstraci ochrany při faacutezoveacute nesymetrii

Komunikačniacute modul MTQ22 zajišťuje komunikaci mezi UMC a PC kdy prostřednictviacutem

Ethernetoveacute siacutetě jsme schopni čiacutest měřeneacute veličiny

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 55

64 Pracovniacute postup

1 Seznamte se s kontroleacuterem UMC100 a ostatniacutemi komponenty použityacutemi pro laboratorniacute

uacutelohu a se scheacutematem zapojeniacute uacutelohy

2 Připojte elektromotor a vstupniacute svorky na přiacuteslušneacute zdiacuteřky Před připojeniacutem vyacutekonoveacuteho

potenciometru ověřte měřeniacutem jeho minimaacutelniacute a maximaacutelniacute hodnotu odporu a

poznamenejte si je

3 Připojte potenciometr na určeneacute zdiacuteřky označeneacute čiacutesly 1 a 2 a nastavte hodnotu odporu

4 Po kontrole zapojeniacute vyučujiacuteciacutem zapněte pracoviště a nastavte autotransformaacutetor na 100

vyacutestupniacuteho napětiacute Zapněte hlavniacute jistič Kontrola a nastaveniacute komunikace mezi UMC

DX a VI

Nastaveniacute Komunikace se provede přes LCD displej naacutesledujiacuteciacutem způsobem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on

5 Stiskem tlačiacutetka VPŘED nebo VZAD na panelu uvedeme motor do chodu Pro přechod

z jednoho směru do druheacuteho je nutneacute nejprve zastavit motor tlačiacutetkem STOP Při

zastaveniacute je kontroleacuterem motor blokovaacuten po dobu 3s před dalšiacutem spuštěniacutem z důvodu

doběhu motoru Pohybem tlačiacutetek nahoru dolů pomociacute LCD v hlavniacute nabiacutedce - UMC -

můžeme sledovat aktuaacutelniacute proud motoru sdruženeacute napětiacute odebiacuteranyacute přiacutekon ze siacutetě

uacutečiniacutekhellip

6 Při provaacuteděniacute uacutelohy na brzdě (dynamometru) ověřte funkci ochrany při zablokovaacuteniacute

rotoru funkci ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a proudoveacutem přetiacuteženiacute

7 Při vybaveniacute každeacute z ochran zaznamenejte hodnotu kdy vypnula Před novyacutem startem je

důležiteacute přečiacutest zaacuteznam důvodu poruchy a proveacutest reset na panelu UMC100-PAN jinak je

START blokovaacuten

65 Měřeniacute

OCHRANA PŘED PŘEHŘAacuteTIacuteM MOTORU

Potenciometrem označenyacutem PTC je zvyšovaacutena hodnotu odporu do okamžiku kdy dojde

k odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě zapůsobeniacutem PTC ochrany Hodnota odporu potenciometru

při vybaveniacute ochrany je určena měřeniacutem na 341kΩ Odpoviacutedajiacuteciacute hodnotu teploty motoru

odečteme z grafu a hodnoty odporu potenciometru při vypnutiacute

Do tabulky zapište změřenou hodnotu odporu potenciometru při vypnutiacute Při teacuteto hodnotě odporu

odečtěte teplotu motoru z grafu Ziacuteskanou teplotu porovnejte s vypočtenou teplotou motoru

Tabulka naměřenyacutech a vypočtenyacutech hodnot

R ϑg R0 ϑ

[Ω] [degC] [Ω] [degC]

3410 136 1320 13626

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 56

Vyacutepočet vychaacuteziacute ze vztahu pro zaacutevislost elektrickeacuteho odporu vodiče na teplotě

(651)

kde

(652)

Po uacutepravě pak

α - teplotniacute součinitel elektrickeacuteho odporu (K-1

) (α = 001162 K-1

)

R0 - odpor potenciometru v zaacutekladniacute poloze

R - odpor potenciometru při vybaveniacute ochrany

ϑg - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute odečtenaacute z grafu

ϑ - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute ndash vypočtenaacute

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

R [

Ω]

ϑ [degC]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 57

Vinutiacute motoru je izolovaacuteno izolaciacute třiacutedy F (155)

Třiacuteda izolace A E B F H

Okolniacute teplota [degC] 40 40 40 40 40

Povolenyacute naacuterůst teploty [degC] 60 75 80 105 125

Teplotniacute rezerva 5 5 10 10 15

Konečnaacute teplota 105 120 130 155 180

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru [12]

OCHRANA PŘED NESPRAacuteVNYacuteM SLEDEM FAacuteZIacute

Nedodrženiacutem sledu napaacutejeciacutech faacutezovyacutech vodičů (zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů svorek L2 a L3)

jak je nastaveno v UMC provaacutediacute napěťovyacute modul blokaci startu motoru V tomto přiacutepadě

vybavuje neprodleně ochrana sledu faacuteziacute ndashPhase sequence Funkci zaznamenejte do protokolu

OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII

Zvyšovaacuteniacutem odporu vyacutekonoveacuteho potenciometru zapojeneacuteho ve faacutezi L1 (viz scheacutema zapojeniacute

uacutelohy) dochaacuteziacute k simulaci faacutezoveacute nesymetrie siacutetě Motor je odpojen v okamžiku kdy poklesne

hodnota sdruženeacuteho napětiacute mezi faacutezemi L3 a L1 přibližně na hodnotu Us = 380V Velikost

odporu při vybaveniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii činiacute 101Ω Hodnotu nesymetrie zaznamenejte

do protokolu

OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE

Ztraacuteta faacuteze se realizuje pomociacute spiacutenače v pracovniacutem stole kdy odpojiacuteme napaacutejeciacute faacutezi Změřte

čas od odpojeniacute faacuteze L2 do vybaveniacute ochrany při ztraacutetě faacuteze a poznamenejte do protokolu

66 Demonstrace ochran při použitiacute dynamometru

OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU

K testu ochrany při zablokovaacuteniacute rotoru posloužiacute dynamometr jehož hřiacutedel je spojenaacute se hřiacutedeliacute

asynchronniacuteho motoru pomociacute spojky Hřiacutedel dynamometru je poteacute mechanicky zablokovaacutena

Stiskem přiacuteslušneacuteho tlačiacutetka je proveden start motoru a sledovaacuten proud při odpojeniacute motoru od

siacutetě a čas odpojeniacute Proud při vybaveniacute ochrany při mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru dosaacutehl

hodnoty 1978A což odpoviacutedaacute 582In

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute ndash (High current protection)

Pro simulaci proudoveacuteho přetiacuteženiacute maacuteme nastavenou hodnotu odebiacuteraneacuteho proudu na 130 pro

odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě Snižovaacuteniacutem jmenovityacutech otaacuteček motoru pomociacute dynamometru

(bržděniacutem tzn n rarr 0) dochaacuteziacute k naacuterůstu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu I Odpojeniacute nastalo při

odebiacuteraneacutem proudu 447A Nastaveneacute hodnotě (13In ) naacuteležiacute proud 442A Tiacutem lze konstatovat

že vyacutesledek měřeniacute je srovnatelnyacute s hodnotami uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute

Stav proudoveacuteho podtiacuteženiacute nedostatečneacuteho proudoveacuteho zatiacuteženiacute použiacutevanyacute zejmeacutena u čerpadel

je simulovaacuten pomociacute dynamometru kdy je nastavenaacute hodnota poklesu aktuaacutelniacuteho proudu na

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 58

085In a čas odpojeniacute od siacutetě na 10s Po roztočeniacute a zatiacuteženiacute motoru na hodnotu jmenoviteacuteho

proudu jsou pomociacute dynamometru zvyšovaacuteny otaacutečky motoru n Tento proces maacute za naacutesledek

snižovaacuteniacute aktuaacutelniacuteho proteacutekaneacuteho proudu I kdy motor ztraacuteciacute zatiacuteženiacute Nastaveneacute hodnotě

podtiacuteženiacute odpoviacutedaacute aktuaacutelniacute proud 289A Při dosaženiacute teacuteto uacuterovně je spuštěn odpočet a motor za

10s odpojen

67 Vyhodnoceniacute a zaacutevěr

Vyacutesledkem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute technologiiacute pro diagnostiku

veličin při chodu trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru Při demonstračniacute simulaci ochran byly

dosaženy naacutesledujiacuteciacute vyacutesledky PTC ochrana vybavuje při hodnotě odporu 341kΩ Tato hodnota

odpoviacutedaacute teplotě ϑg = 136degC odečteneacute z grafu Vypočtenaacute teplota ϑ = 13626degC Vyacuterobce uvaacutediacute

zapůsobeniacute ochrany při hodnotě odporu v rozsahu 34-38kΩ Zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů L2 a

L3 proběhla okamžitaacute blokace spuštěniacute motoru Faacutezovaacute nesymetrie vybavila při poklesu napětiacute o

5 Ztraacutetou napaacutejeciacute faacuteze proběhlo odpojeniacute motoru v čase t = 15s Čas odpojeniacute odpoviacutedaacute třiacutedě

přetiacuteženiacute 5E kteraacute je nastavena

Při testu za použitiacute dynamometru bylo zjištěno že při zablokovaneacutem rotoru motoru zapůsobil

kontroleacuter při nastaveneacutem přetiacuteženiacute 3In Teacuteto hodnotě naacuteležiacute proud 102A Jelikož je nastavena

třiacuteda přetiacuteženiacute 5E ktereacute naacuteležiacute interval 15s a poteacute odpojeniacute motoru tak během tohoto okamžiku

vzrostla hodnota proudu na 1978A což odpoviacutedaacute 582In Při proudoveacutem přetiacuteženiacute odpoviacutedaly

vyacutesledky měřeniacute nastaveneacute hodnotě přetiacuteženiacute 13In Ve stavu proudoveacuteho podtiacuteženiacute zapůsobila

ochrana spraacutevně dle nastaveneacuteho poklesu proudu na 085In

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 27: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 27

Obecně platiacute že vyacutevody sekundaacuterniacuteho vinutiacute měřiacuteciacuteho transformaacutetoru proudu jsou buď

zapojeny na zaacutetěž nebo jsou propojeny do zkratu a jeden z vyacutevodů je uzemněn Princip je patrnyacute

z Obr 212 V praxi dochaacuteziacute k několika chybaacutem způsobenyacutech neznalostiacute problematiky Jednou

může byacutet neuzemněniacute jedneacute ze svorek sekundaacuterniacuteho vinutiacute Pak vznikaacute kapacitniacute vazba a

sekundaacuterniacute vinutiacute v nepřiacutezniveacutem přiacutepadě může vysokyacutem napětiacutem termionicky působit - jiskřit na

kostru Při delšiacutem trvaacuteniacute jiskřiveacuteho vyacuteboje v jednom miacutestě se mohou vytvořit vodiveacute cesty a dojiacutet

k průrazu izolace vodiče k nežaacutedouciacutemu potenciaacutelu [8]

Obr 212 Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů proudu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 28

25 Monitorovaciacute zařiacutezeniacute zemniacuteho spojeniacute CEM11-FBP

Monitorovaciacute zařiacutezeniacute CEM11 sloužiacute pro sledovaacuteniacute svodovyacutech proudů respektive zemniacutech

poruch způsobenyacutech nejčastěji poškozenou izolaciacute Detekovaacuteniacute takoveacuteto zemniacute poruchy vede

k odpojeniacute motoru aby nedošlo k jeho většiacutemu poškozeniacute nebo vede k upozorněniacute obsluhy

Možneacute použitiacute je jak v siacutetiacutech uzemněnyacutech tak i neuzemněnyacutech

Průvlečneacute oko je tvořeno toroidniacutem transformaacutetorem kteryacutem jsou vedeny všechny 3 faacutezoveacute

vodiče motoru Zařiacutezeniacute hliacutedaacute to aby součet faacutezorů proudů byl nulovyacute Jakmile dojde k zemniacutemu

spojeniacute tzn součet faacutezorů proudů je nenulovyacute integrovanaacute elektronika CEM11 sepne nebo

rozepne vyacutestup Vyacutestup z CEM11 pracuje jako kontakt kteryacute detekovanou hodnotou proudu

sepne nebo rozepne 24V DC jenž poteacute může byacutet připojeno jako např digitaacutelniacute vstup do UMC

Nastaveniacute zpožděniacute sepnutiacute varovaacuteniacute nebo odpojeniacute lze zvolit v UMC a to v rozsahu od 01s ndash

255s Nastaveniacute citlivosti spiacutenaacuteniacute je možneacute v několika krociacutech Poloha přepiacutenače (0-7) s toleranciacute

na pozici 0 cca plusmn30 a daacutele vždy s toleranciacute cca plusmn10

CEM11 je možneacute uložit spolu s ostatniacutemi komponenty na DIN lištu normovaneacuteho rozměru

35mm nebo pomociacute přiacutedavneacuteho klipu pro nejmenšiacute rozměr CEM11-FBP20 [1]

Průměr průvlečneacuteho

oka [mm]

Proudovyacute rozsah

[mA]

20 80 - 1700

35 100 - 3400

60 120 - 6800

120 240 - 13600

Tab 24 Rozměry vyraacuteběnyacutech CEM11-FBPs udaacutevanyacutemi hodnotami svodovyacutech proudů

Obr 213 Zapojeniacute CEM11-FBP do obvodu [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 29

26 Napaacutejeciacute zdroj

Pro napaacutejeniacute modulů UMC100 DX122 a VI150 sloužiacute zdroj typu CP-D 2413 Jednaacute se o

napaacutejeciacute zdroj kteryacute na sveacutem vyacutestupu dovoluje regulaci napětiacute 24-28V DC s toleranciacute plusmn 1

Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute je umožněna z důvodu připojeniacute modulů na dlouheacute vedeniacute kde

vznikajiacute uacutebytky napětiacute praacutevě vlivem deacutelky vedeniacute Zpravidla klesne-li na vedeniacute napětiacute od

jednoho zdroje na ktereacutem je nastaveno maximaacutelniacute vyacutestupniacute napětiacute pod minimaacutelniacute hodnotu

potřebnou pro napaacutejeniacute modulu je nutneacute použiacutet dalšiacute napaacutejeciacute zdroj Maximaacutelniacute proud zdroje je

Imax = 13A a jmenovityacute vyacutestupniacute vyacutekon 30W Tento typ zdroje je diacuteky svyacutem modulaacuterniacutem

rozměrům možneacute umiacutestit na DIN lištu (EN50022-35) [6]

Naacutesledujiacuteciacute zatěžovaciacute charakteristika znaacutezorňuje zaacutevislost svorkoveacuteho napětiacute zdroje na

odebiacuteraneacutem proudu pro teplotu T=25degC

Obr 214 Zatěžovaciacute charakteristika zdroje CP-D 2413[6]

Obr 215 Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 30

27 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

Tento modul poskytuje komunikaci pro FieldBusPlug zařiacutezeniacute jako je např UMC100

s počiacutetačem prostřednictviacutem siacutetě Ethernet K MTQ22 lze připojit až 4 zařiacutezeniacute pro uacutesporu

naacutekladů Naacutesledujiacuteciacute popis je vztažen k Obr 216 kde jsou znaacutezorněny jednotliveacute čaacutesti modulu

1 konektory s označeniacutem X1 až X4 sloužiacute pro připojeniacute až 4 zařiacutezeniacute FBP

2 LED diody pro signalizaci aktuaacutelniacuteho stavu komunikace

3 micro USB konektor s označeniacutem X5 pro připojeniacute a konfiguraci pomociacute PC

4 dvě RJ45 zaacutesuvky s označeniacutem E1 a E2 pro připojeniacute pomociacute Ethernetoveacuteho kabelu

5 konektor pro připojeniacute 24V DC napaacutejeciacuteho napětiacute nese označeniacute X6

Obr 216 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 31

OCHRANNEacute FUNKCE 3Kontroleacuter nabiacuteziacute velkeacute množstviacute ochrannyacutech funkciacute potřebnyacutech pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacuteho chodu

motoru Některeacute funkce jsou aktivniacute pouze po čaacutest běhu motoru typicky při startu motoru jineacute

po jeho rozběhu Naacutesledujiacuteciacute tabulka (Tab 31) nastiacuteniacute přehled nejdůležitějšiacutech ochran motoru a

čas kdy jsou aktivovaacuteny

Ochrannaacute funkce Aktivniacute

Při tepelneacutem přetiacuteženiacute Vždy

Při zablokovaneacutem rotoru Při startu motoru

Při proudoveacutem přetiacuteženiacute Po startu

Při proudoveacutem podtiacuteženiacute Po startu

Sled faacuteziacute Vždy

Při faacutezoveacute nesymetrii Vždy

Při ztraacutetě faacuteze Vždy

PTC ochrana Vždy

Při zemniacutem spojeniacute Vždy po spuštěniacute

Při napěťovyacutech špičkaacutech Vždy

Při harmonickeacutem zkresleniacute Vždy

Tab 31 Ochranneacute funkce [1]

Nastaveniacute parametrů jednotlivyacutech ochran probiacutehaacute pomociacute UMC100-PAN

31 Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute

UMC100 disponuje nastavitelnyacutem vypiacutenaacuteniacutem při tepelneacutem přetiacuteženiacute podle třiacuted 5E 10E 20E

30E a 40E viz Obr 31 Tyto třiacutedy uvaacutedějiacute poměr mezi aktuaacutelniacutem prochaacutezejiacuteciacutem proudem

motorem I a jmenovityacutem proudem motoru In uvedenyacutem na štiacutetku v zaacutevislosti na maximaacutelniacute době

rozběhu t

Třiacuteda 5E 10E 20E 30E 40E

t [s] 15 3 6 3 12

Tab 32 Třiacutedy přetiacuteženiacute a čas odpojeniacute

Lze hovořit o dvou typech rozběhu motoru

1 normaacutelniacute rozběh - do 10s

2 těžkyacute rozběh - viacutece jak 10s

Při rozběhu zatiacuteženeacuteho motoru se otaacutečky zvyšujiacute z nuloveacute hodnoty na jmenovitou přičemž

dochaacuteziacute k naacuterůstu proudu až na několikanaacutesobek jeho jmenoviteacute hodnoty Zpravidla u většiacutech

motorů byacutevaacute naacuterůst až 10In tudiacutež v tento bdquokritickyacuteldquo okamžik nesmiacute vybavit ochrana na tepelneacute

přetiacuteženiacute Rozběh motoru pro UMC končiacute při poklesu proudu I na hodnotu 135 proudu

jmenoviteacuteho In nebo při dosaženiacute jmenovityacutech otaacuteček nn Udaacutevaneacute časy představuje Tab 32

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 32

311 Určeniacute teploty vinutiacute a vypiacutenaciacute třiacutedy

Podle způsobu určeniacute teploty vinutiacute motoru se ochrany rozlišujiacute na proudově nezaacutevisleacute a

proudově zaacutevisleacute

Proudově nezaacutevisleacute ochrany měřiacute přiacutemo teplotu ve vinutiacute motoru pomociacute vhodneacuteho čidla

teploty zpravidla termistoru Tiacutemto způsobem lze zjistit nedovoleneacute otepleniacute způsobeneacute např

poruchou cirkulace vzduchu kterou proudově zaacutevislaacute ochrana neniacute schopna vyhodnotit

Proudově zaacutevisleacute ochrany vyhodnocujiacute teplotu vinutiacute motoru nepřiacutemo a to prostřednictviacutem

vyacutepočtoveacuteho modelu z provozniacuteho proudu motoru Zvyacutešeniacute provozniacuteho proudu motoru maacute za

naacutesledek otepleniacute ktereacute vede trvaacute-li delšiacute dobu k poškozeniacute nebo zničeniacute motoru Ochrana při

tepelneacutem přetiacuteženiacute ndash TOL chraacuteniacute motor před přehřaacutetiacutem Tepelnyacute model je vypočiacutetaacutevaacuten za chodu i

v klidu motoru a z těchto stavů se pak zjistiacute tepelnaacute kapacita Znalost teacuteto hodnoty vede

k maximalizaci produktivity Funkčnost tepleneacuteho modelu je v souladu s normou

Při použitiacute motoru pro cyklickeacute operace dochaacuteziacute ke schodoviteacutemu zvyšovaacuteniacute teploty motoru Je

zapotřebiacute volit spraacutevnyacute čas intervalu mezi cykly aby nedochaacutezelo k přehřaacutetiacute a zbytečneacutemu

poškozeniacute izolace vinutiacute motoru

Funkce Thermal load (tzv tepelnaacute zaacutetěž) hliacutedaacute poměr aktuaacutelniacuteho prochaacutezejiacuteciacuteho proudu I a

jmenoviteacuteho proudu In motoru Jakmile poměr IIn přesaacutehne 100 začiacutenaacute odpočet TTT a motor

bude odpojen po uplynutiacute nastaveneacute periody Možnost opětovneacuteho spuštěniacute přetiacuteženeacuteho motoru

proběhne po jeho vychladnutiacute To je možneacute nastavit dvěma způsoby [1]

1 Ručně nastavenou periodou během ktereacute je motor blokovaacuten proti spuštěniacute

(ovlivňovaacuteno velikostiacute motoru teplotou prostřediacute kde je motor použit zda je vybaven

ventilaacutetorem či neniacute apod)

2 Nastaveniacutem procentuaacutelniacute hodnoty tepelneacute kapacity do ktereacute nebude moci obsluha

motor spustit (při nastaveniacute 50 nedojde k odblokovaacuteniacute ochrany pokud neklesne

tepelnaacute kapacita pod zadanou hodnotu)

Určeniacute vypiacutenaciacute třiacutedy je představeno na naacutesledujiacuteciacutem přiacutekladu

Maacuteme-li trojfaacutezovyacute asynchronniacute motor o vyacutekonu 22kW poměr IIn = 5 a maximaacutelniacute dobu

rozběhu to = 10s Z přiloženeacuteho grafu vypiacutenaciacutech třiacuted pro studenyacute motor určiacuteme požadovanou

třiacutedu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 33

Obr 31 Vypiacutenaciacute třiacutedy pro UMC100-FBP[1]

Z vyacutesledku je patrneacute že motor budeme vypiacutenat proti přetiacuteženiacute podle třiacutedy 5E jelikož křivka

pro 5E je pod maximaacutelniacute dobou rozběhu to = 10s Pokud by došlo ke zvoleniacute např třiacutedy 10E

hrozilo by poškozeniacute motoru jelikož by na motor působilo přetiacuteženiacute delšiacute dobu než je tomu

dovoleno [10]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 34

32 Ochrana při zablokovaneacutem rotoru

V okamžiku připojeniacute motoru na napaacutejeciacute siacuteť se rotor neotaacutečiacute (n = 0 s = 1) Motor je ve

stavu nakraacutetko a jeho proud je omezen pouze ohmickyacutemi odpory a rozptylovyacutemi reaktancemi

vinutiacute Zaacuteběrnyacute proud I1z dosahuje většinou 4 až 10 x většiacutech hodnot než proud jmenovityacute In

Určit velikost tohoto proudu je možneacute ze vztahu 321

radic

kde

U1 - Vstupniacute napětiacute

R1 - Odpor primaacuterniacuteho vinutiacute

Xr1 - Reaktance statoroveacuteho vinutiacute

Xrsquor20 - Reaktance zabrzděneacuteho rotoru

Rlsquo2s - Celkovyacute činnyacute odpor rotoru

RFe - Činnyacute odpor magnetickeacuteho obvodu

Xm - Reaktance magnetickeacuteho obvodu

I1z - Zaacuteběrnyacute proud

Obr 32 Obvodovyacute model asynchronniacuteho motoru pro jednu faacutezi statoroveacuteho vinutiacute ndash nakraacutetko

Velkyacute zatěžovaciacute moment Mz nebo mechanickaacute porucha může zapřiacutečinit zablokovaacuteniacute rotoru

Ochrannaacute funkce detekuje dlouhou počaacutetečniacute situaci kteraacute je praacutevě důsledkem zmiacuteněnyacutech přiacutečin

UMC100 tiacutemto odpojiacute motor od napaacutejeniacute čiacutemž ho ochraacuteniacute od nadměrneacuteho tepelneacuteho namaacutehaacuteniacute

V uživatelskeacutem prostřediacute je možneacute individuaacutelně nastavit jak maximaacutelniacute proud tak i čas po

ktereacutem dojde k odpojeniacute zablokovaneacuteho motoru Pro experimentaacutelniacute použitiacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy je nastavena hodnota poměru pro odpočet a naacutesledneacute odpojeniacute IIn na 300 [1] [9]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 35

33 Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute zabezpečiacute odpojeniacute motoru vyskytne-li se v obvodu většiacute

hodnota proudu než nastavenaacute jmenovitaacute In Bliacuteže tuto funkci představiacute přiloženyacute průběh Funkce

je aktivniacute až po roztočeniacute motoru v okamžiku rozběhu je neaktivniacute

Princip ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Do okamžiku T1 od zapnutiacute klesne zaacuteběrnyacute proud na hodnotu cca Ix = 135 In V časoveacutem

uacuteseku T1 až T2 dochaacuteziacute k naacuterůstu prochaacutezejiacuteciacuteho proudu motorem V okamžiku T2 překročiacute

proud hodnotu Ivar Tiacutemto okamžikem začne odpočet nastaveneacute doby zpožděniacute tvar kteraacute po

uplynutiacute sepne signalizaci varovaacuteniacute nadproudoveacuteho přetiacuteženiacute Odpočet doby tvar narůstaacute je-li

proud motorem I gt Ivar Jakmile proud I ge Iodp dochaacuteziacute k sepnutiacute čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute todp

Platiacute-li podmiacutenka I ge Iodp a dojde k načteniacute hodnoty todp UMC100 odpojiacute motor od napaacutejeniacute a tiacutem

zabraacuteniacute jeho poškozeniacute

Obr 33 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu přetiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash dosaženiacute vysokeacute proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash dosaženiacute hodnoty proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

34 Ochrana při proudoveacutem podtiacuteženiacute

Jakmile hodnota (činneacuteho) proudu klesne pod nastavenou uacuteroveň kteraacute je pro danyacute proces

typickaacute dojde v UMC100 k vybaveniacute ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a motor odpojiacute od

napaacutejeniacute Tato ochrana se předevšiacutem využiacutevaacute pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacute funkce čerpadla když detekuje

ztraacutetu jeho saacuteniacute či pro paacutesoveacute dopravniacuteky ve vyacuterobniacutech provozech Včasneacute varovaacuteniacute a odpojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 36

motoru snižuje zejmeacutena prostoje vyacuteroby Princip varovaacuteniacute a odpojeniacute je představen na

naacutesledujiacuteciacutem průběhu jak tomu bylo u ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Princip ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute zobrazeneacuteho průběhu

Po poklesu aktuaacutelniacuteho proudu v okamžiku T1 motor normaacutelně běžiacute V časoveacutem uacuteseku T1 až

T2 dochaacuteziacute k poklesu proudu pod jmenovitou hodnotu In až na nastavenou hodnotu Ivar Při

dosaženiacute teacuteto hodnoty začne odpočet varovaacuteniacute proudoveacuteho podtiacuteženiacute Nepřesaacutehne-li proud za

dobu kratšiacute než tvar mez Ivar (tzn nevzroste-li se zpět k In) dojde ke spuštěniacute signalizace

proudoveacuteho podtiacuteženiacute Při pokračujiacuteciacutem poklesu proudu jak je patrneacute v časoveacutem intervalu T2-T3

až na mez Iodp dojde k čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute Při překročeniacute nastaveneacute doby todp a za

podmiacutenky že proud I le Iodp UMC100 motor odpojiacute od napaacutejeciacute siacutetě

Obr 34 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash niacutezkaacute proudovaacute uacuteroveň kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash hodnota proudu kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

Popis funkce ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute blokoveacuteho scheacutematu

Signaacutel Istart představuje hodnotu proudu po startu motoru- log 1(tzn Signalizace motoru v

chodu) Tento signaacutel tvořiacute vstup logickeacuteho hradla AND (1) Funkci tohoto hradla znaacutezorňuje

přiloženaacute tabulka Tab 33 Druhyacute vstup signalizuje aktuaacutelniacute hodnotu proudu kteraacute motorem

proteacutekaacute Je-li proud IltIvar detekuje hradlo AND druhou logickou jedničku a hradlo vybaviacute podle

přiloženeacute tabulky Tento signaacutel z hradla aktivuje časovač zpožděniacute varovaacuteniacute Po uplynutiacute

nastaveneacuteho časoveacuteho uacuteseku signalizuje podtiacuteženiacute Dochaacuteziacute-li staacutele k poklesu proudu až do

uacuterovně kdy IltIodp pak na druheacutem logickeacutem hradle AND (2) budou na vstupu log 1 Sepne

čiacutetaacuteniacute zpožděniacute vypnutiacute a po uplynutiacute doby UMC motor vypne

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 37

Obr 35 Blokoveacute scheacutema ochrany proti proudoveacutemu podtiacuteženiacute [1]

Vstup Vyacutestup

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

Tab 33 Princip funkce logickeacuteho hradla AND

341 Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek

Při chodu asynchronniacuteho motoru odebiacuteraacute stroj ze siacutetě jalovyacute proud kteryacute je potřebnyacute pro

vytvořeniacute magnetizace hlavniacuteho magnetickeacuteho obvodu Tento tzv magnetizačniacute proud je

nezaacutevislyacute na zatiacuteženiacute stroje Uplatněniacute nalezne zejmeacutena při chodu napraacutezdno a maleacutem zatiacuteženiacute

kdy je uacutečiniacutek motoru niacutezkyacute Motor maacute tedy nejleacutepe pracovat při plneacutem zatiacuteženiacute[11]

Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek jsou důležiteacute parametry pro detekovaacuteniacute niacutezkeacute zaacutetěže nebo situace bez

zaacutetěže např uzavřenyacute ventil Pomociacute napěťoveacuteho modulu VI15x a UMC je měřeno sdruženeacute

(faacutezoveacute) napětiacute faacutezovyacute proud čili i faacutezovyacute posuv mezi proudem a napětiacutem - cos φ Pomociacute těchto

parametrů je UMC schopneacute analogicky spočiacutetat hodnotu činneacuteho přiacutekonu

radic

Poklesne-li poteacute činnyacute přiacutekon pod nastavenou procentuaacutelniacute hodnotu P (př 85 Pn) motor vypne

tj bude-li PPn le 085

Experimentaacutelniacutem měřeniacutem v raacutemci laboratorniacute uacutelohy byla pomociacute přiacutestroje Yokogawa WT1800

změřena zaacutevislost uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute motoru Z vyacutesledneacuteho grafu (Obr 37) je

patrneacute že se snižovaacuteniacutem zatiacuteženiacute rotoru klesaacute velikost uacutečiniacuteku Naměřeneacute hodnoty pro konstrukci

grafu jsou uvedeny v přiacuteloze

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 38

Obr 36 Charakteristiky asynchronniacuteho motoru při zatiacuteženiacute [11]

Obr 37 Graf zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti P2

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

01

02

03

04

05

06

07

08

09

0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000

P1 [

W]

cos

ϕ [

-]

P2 [W]

P2 P1 Q1

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 39

35 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

Princip ochrany

Je-li poměr nejnižšiacuteho proudu (Imin) a nejvyššiacuteho proudu (Imax) ve faacuteziacutech nad nastavenou

uacuterovniacute pro varovaacuteniacute sepne signalizace ztraacutety faacuteze Jakmile ovšem tento poměr překročiacute

nastavenou hodnotu pro odpojeniacute motoru sepne zpožděniacute vypnutiacute a podle nastaveneacute třiacutedy

přetiacuteženiacute motor po uplynutiacute časoveacuteho intervalu odpojiacute

Funkce faacutezoveacute nesymetrie je aktivniacute pouze tehdy je-li proud ve všech třech faacuteziacutech gt 25 In

(jmenoviteacuteho proudu) [1]

Naacutesledujiacuteciacute rovnice představuje vyacutepočet procentuaacutelniacuteho poměru proudu pro vypnutiacute motoru při

uacuteplneacute ztraacutetě faacuteze

(

)

36 Ochrana sledu faacuteziacute

Ochrana sledu faacuteziacute hliacutedaacute zejmeacutena spraacutevnyacute směr otaacutečeniacute motoru Důležiteacute pro použitiacute teacuteto

ochrany je miacutesto zapojeniacute napěťoveacuteho modulu VI15x Pokud by byl modul zapojen za stykači

nastala by chyba při reverzniacutem zapojeniacute Na stykačiacutech dochaacuteziacute zapojeniacutem k zaacuteměně dvou

faacutezovyacutech vodičů a tiacutem i změně směru otaacutečeniacute motoru UMC s pomociacute VI150 vyhodnotiacute situaci

jako chybovou a vypne motor Napěťovyacute modul se tedy zpravidla umiacutesťuje hned za hlavniacute jistiacuteciacute

prvek viz Obr 44

37 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Jedno z největšiacutech nebezpečiacute pro motor představuje ztraacuteta jedneacute napaacutejeciacute faacuteze Chod na 2

napaacutejeciacute faacuteze zatěžuje motor na tepelneacute uacutečinky proudu vlivem zvyacutešeniacute proudu ve zbylyacutech 2

faacuteziacutech UMC100 v tomto přiacutepadě vypiacutenaacute motor podle předem stanovenyacutech časovyacutech intervalů

Intervaly vypnutiacute jsou stejneacute jako pro ochranu proti proudoveacutemu přetiacuteženiacute (Tab 32) a

odpoviacutedajiacute nastaveneacute třiacutedě přetiacuteženiacute Tuto ochranu dřiacuteve zajišťovalo tepelneacute releacute ktereacute v tomto

přiacutepadě nemusiacute byacutet použito

38 PTC ochrana

381 Termistor

Termistor je polovodičovyacute nelineaacuterniacute dvojpoacutel jehož odpor se měniacute v zaacutevislosti na teplotě

prostřediacute ve ktereacutem pracuje Jeho vyacutehodou je že velmi rychle a citlivě reaguje na změnu teploty

Rozlišujeme zpravidla 2 druhy termistorů

1 NTC (Negative Temperature Coefficient) - termistor se zaacutepornyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou klesaacute jeho odpor (roste elektrickaacute vodivost a proud)

2 PTC (Positive Temperature Coefficient) ndash termistor s kladnyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou jeho odpor roste

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 40

Obr 38 Zaacutevislost odporu termistoru na teplotě

Použitiacute termistorů

NTC termistory se použiacutevajiacute zpravidla k měřeniacute teploty PTC se nejčastěji využiacutevaacute

v kuchyňskyacutech spotřebičiacutech kde je požadovaacutena konstantniacute teplota v termostatech a pro hliacutedaacuteniacute

teploty vinutiacute motorů

382 Princip PTC ochrany v UMC

Ochrana obecně spadaacute do skupiny proudově nezaacutevislyacutech ochran Pro připojeniacute PTC

termistoru sloužiacute na UMC100 svorky s označeniacutem T1 a T2 PTC zvyšuje svůj odpor s rostouciacute

teplotou proto je možneacute ho použiacutet pro hliacutedaacuteniacute teploty např vinutiacute statoru UMC je schopneacute

vyhodnotit tuto změnu odporu a vydaacute signaacutel k odpojeniacute motoru od siacutetě [7]

39 Ochrana při zemniacutem spojeniacute

Ochrana při zemniacutem spojeniacute spočiacutevaacute v ochraně motoru siacutetě a technologie při nežaacutedouciacutech

vlivech způsobenyacutech zejmeacutena staacuternutiacutem izolace a jejiacutem zhoršenyacutem izolačniacutem uacutečinkem

Naacutesledkem přetěžovaacuteniacute vedeniacute vlhkostiacute kondenzaciacute vody v elektrickeacutem zařiacutezeniacute nebo vrstvou

vodiveacuteho prachu jsou praacutevě zhoršeneacute vlastnosti izolačniacuteho materiaacutelu To vede k nechtěneacutemu

zemniacutemu spojeniacute Zemniacute spojeniacute je monitorovaacuteno pomociacute UMC spolu se zařiacutezeniacutem CEM11 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 41

DEMONSTRAČNIacute PŘIacutePRAVEK 4

41 Naacutevrh přiacutepravku

Pro demonstraci UMC100 a dalšiacutech prvků řady produktů od společnosti ABB sro byl

navržen přiacutepravek pomociacute software AutoCAD a Inventor Professional kteryacute byl poteacute zrealizovaacuten

a oživen Nosnaacute konstrukce (Obr 41) je vyrobena z jӓckelu o rozměru 25x25mm

Obr 41 Nosnaacute konstrukce

Čelniacute panel tvořiacute plech s rozměry 500x400mm a tloušťky 2mm Plech je osazen

rozvaděčovyacutemi kanaacutely 25x60mm a všemi potřebnyacutemi komponentami pro realizaci zapojeniacute

Vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho panelu s otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky a ovlaacutedaciacute tlačiacutetka motoru je na

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

Seznam použityacutech komponent Vyacuterobce

3-poacutelovyacute jistič C16 OEZ

Pojistkoveacute pouzdro RSP 4 Elektro Bečov

Komunikačniacute modul MTQ22-FBP ABB

Motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP ABB

Napěťovyacute modul VI150-FBP ABB

Rozšiřovaciacute modul DX122-FBP ABB

Ministykač LC1K09(LC1K12) Schneider Electric

Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A ABB

Rozvaděčovyacute kanaacutel 25x60mm KOPOS

Přiacutestrojoveacute zdiacuteřky 4mm do panelu AMASS

Tlačiacutetka do panelu 250V1A JIETONG

Tab 41 Seznam použityacutech komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 42

Pro konstrukci je důležiteacute aby navrženyacute panel rozměrově odpoviacutedal všem potřebnyacutem přiacutestrojům

a modulům Pro tuto přiacuteležitost je pomociacute software AutoCAD vytvořen vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho

panelu Obr 43 kteryacute je konstruovaacuten

Navrženyacute nosnyacute plech tloušťky 2mm na ktereacutem jsou umiacutestěny veškereacute komponenty Obr 42

Ve vrchniacute polovině plechu jsou vyvrtaacuteny otvory o průměru 4mm sloužiacuteciacute pro uchyceniacute

rozvaděčoveacuteho kanaacutelu a DIN lišty Ve středniacute čaacutesti plechu jsou 4 průvlečneacute otvory určeneacute k

průchodu vodičů ze zadniacute čaacutesti plechu (od napaacutejeciacutech svorek) do rozvaděčoveacuteho kanaacutelu na straně

předniacute Pro tuto potřebu jsou stejneacute otvory vyvrtaacuteny takeacute do dna kanaacutelu Ve spodniacute čaacutesti jsou

otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky pomociacute kteryacutech je zajištěno napaacutejeniacute panelu a poteacute napaacutejeniacute motoru

a 3 otvory na ovlaacutedaciacute tlačiacutetka k zajištěniacute ovlaacutedaacuteniacute motoru Uchyceniacute plechu k nosneacute konstrukci

je provedeno samořeznyacutemi šroubky M5 v roziacutech plechu

Obr 42 Naacutevrh plechu panelu

Vyacutekres plechu s udaacuteniacutem koacutet je obsažen v přiacuteloze praacutece viz Obr 01

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 43

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 44

42 Scheacutema zapojeniacute přiacutepravku

Demonstračniacute panel je uzpůsoben pro reverzniacute chod trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 44 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho přiacutepravku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 45

43 Vyacuteslednyacute přiacutepravek

Vyacuteslednyacute osazenyacute a zapojenyacute přiacutepravek určenyacute pro laboratorniacute uacutelohu doplněnyacute vhodnyacutemi

štiacutetky pro ovlaacutedaacuteniacute a zapojeniacute napaacutejeciacute siacutetě (VSTUP) a motoru (VYacuteSTUP)

Obr 45 Demonstračniacute přiacutepravek

Zadniacute čaacutest panelu s izolovaacuteniacutem konektorů FASTON pomociacute teplem smrštitelneacute bužiacuterky před

nebezpečnyacutem dotykem živeacute čaacutesti

Obr 46 Zadniacute pohled

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 46

44 Demonstračniacute kufr pro ABB

Pro společnost ABB sro byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 prezentujiacuteciacute

jeho možnosti Zaacutekladniacutem požadavkem naacutevrhu bylo řešeniacute pomociacute jednofaacutezoveacuteho napaacutejeniacute

Jelikož UMC100 je uzpůsobeno pro chod trojfaacutezovyacutech motorů je použit frekvenčniacute měnič

ACS50 kteryacute nabiacuteziacute při napaacutejeniacute pomociacute jednofaacutezoveacute siacutetě na sveacutem vyacutestupu napětiacute 3x230V50Hz

Pro digitaacutelniacute vstupy UMC100 a rozšiřovaciacuteho modulu DX111 je navrženo použitiacute dvoupoacutelovyacutech

paacutečkovyacutech přepiacutenačů s funkciacute (ON)-OFF-ON s napětiacutem 24V DC K signalizaci aktivniacutech vstupů

a vyacutestupů je navrženo použitiacute zelenyacutech signaacutelek Ovlaacutedaciacute panel kufru obsahuje spiacutenače pro

simulaci ztraacutety napaacutejeciacute faacuteze motoru potenciometr k simulaci faacutezoveacute nesymetrie daacutele červenou

signaacutelku pro signalizaci poruchovyacutech stavů a žlutou pro chod motoru Všechny přepiacutenače a

signaacutelky jsou přiacutestupneacute uživateli prostřednictviacutem navrženeacuteho ovlaacutedaciacuteho panelu kteryacute současně

posloužiacute jako kryt kufru (Obr 02) Jelikož pro přenosnyacute kufr neniacute nejvhodnějšiacute použitiacute

asynchronniacuteho motoru je proto použit 6-poacutelovyacute synchronniacute motor s přiacutekonem 23VA

vyacutestupniacutem vyacutekonem 105W a jmenovityacutem proudem 100mA

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 47

Obr 47 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho kufru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 48

SIMULACE OCHRAN 5Kapitola obsahuje soupis simulaciacute ochran ktereacute jsou demonstrovaacuteny v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jež se zabyacutevaacute problematikou UMC100 Z širokeacute škaacutely ochran jsou vybraacuteny 4 situace ktereacute

se v průmyslu často vyskytujiacute

51 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

K nasimulovaacuteniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii je použit posuvnyacute potenciometr kteryacute je

připojen na svorky (12) Pomociacute potenciometru bude snižovaacutena velikost napětiacute na přiacutevodniacute faacutezi

do motoru (L1) Pro demonstraci ochrany je použit napěťovyacute modul VI150 spolu s UMC100 Na

svorky modulu označeneacute (L1L2 a L3) jsou přivedeny faacuteze v uvedeneacutem sledu Při zvyšovaacuteniacute

odporu rezistoru ve faacutezi dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute napětiacute na přiacutevodniacute svorce (L1) vlivem rostouciacuteho

uacutebytku napětiacute na daneacutem rezistoru Je-li napěťovyacute modul propojen vodičem s UMC a je-li spraacutevně

nastaven UMC vyhodnotiacute po určiteacutem poklesu napětiacute a naacuterůstu proudu ve zbylyacutech dvou faacuteziacutech

(L2 a L3) jako chybovou a vybaviacute Nejprve bude vybaveno varovaacuteniacute a poteacute dojde k odpojeniacute

motoru

52 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze je motor vystaven vysokeacutemu riziku což většinou vede k jeho

zničeniacute Demonstrace ochrany proběhne uacuteplnyacutem odpojeniacutem napaacutejeciacute faacuteze L2 Pro vybaveniacute

ochrany neniacute zapotřebiacute aby byl motor v chodu neboť použitiacute napěťoveacuteho modulu VI150

detekuje nepřiacutetomnost napětiacute faacuteze a vybaviacute Při chodu motoru ochrana vybaviacute od 15s pro třiacutedu

5E a do 12s pro 40E podle nastaveneacute třiacutedy přetiacuteženiacute viz Tab 32 Princip funkce při chodu

motoru spočiacutevaacute v porovnaacuteniacute nejvyššiacute a nejnižšiacute naměřeneacute hodnoty faacutezoveacuteho proudu s

nastavenyacutemi uacuterovněmi Vyacutehodou je že signalizuje varovaacuteniacute ještě před samotnyacutem spuštěniacutem

motoru kdy může nastat stav že je přepaacutelena pojistka a obsluha toto nezaznamenala Mimo

přepaacuteleneacute pojistky se může takeacute jednat o uvolněnyacute nebo opotřebenyacute kontakt

53 Ochrana sledu faacuteziacute

Pro spraacutevnyacute chod motoru a diagnostiku pomociacute kontroleacuteru s použitiacutem napěťoveacuteho modulu je

zapotřebiacute dodržet sled faacuteziacute tzn Faacutezovyacute vodič L1rarrsvorka L1 L2 rarrsvorka L3 a L3rarrsvorka L3

Při zaacuteměně některyacutech faacutezovyacutech vodičů neprodleně vybaviacute ochrana sledu faacuteziacute a neniacute dovoleno

spuštěniacute motoru do okamžiku dokud neniacute obsluhou tento probleacutem vyřešen

54 PTC ochrana

Pro vyhodnocovaacuteniacute teploty vinutiacute statoru motoru sloužiacute termistor PTC Při zvyacutešeniacute teploty

nastaacutevaacute zvyacutešeniacute odporu termistoru (viz Obr 38) a motor odpojiacute Udaacutevanaacute odezva UMC na

změnu odporu je v rozmeziacute R = 34-38kΩ

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 49

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany

Z důvodu ochrany motoru neniacute vhodneacute vystavovat motor zvyacutešeneacute teplotě pro nastiacuteněniacute funkce

PTC ochrany Pro tento uacutečel posloužiacute zhotovenyacute box osazenyacute lineaacuterniacutem potenciometrem

s hodnotou odporu 25kΩ jemuž jsou předřazeny odpory 1kΩ a 330Ω

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 50

LABORATORNIacute UacuteLOHA 6

61 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100

Uacutekolem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute řiacutediacuteciacute a kontrolniacute jednotkou pro

provoz trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru UMC100

Motorovyacute kontroleacuter nabiacuteziacute 3 releacuteoveacute vyacutestupy Tyto vyacutestupy jsou připojitelneacute na napětiacute 230V AC s

maximaacutelniacutem proudem 1A Releacuteoveacute vyacutestupy sloužiacute zejmeacutena pro připojeniacute budiacuteciacutech ciacutevek stykačů

Hlavniacute vstupy jsou tvořeny seacuteriiacute svorek jež je umiacutestěnaacute ve spodniacute čaacutesti kontroleacuteru Svorky nesou

označeniacute (DI0 DI1 hellip DI5) Tyto digitaacutelniacute vstupy pracujiacute s napětiacutem 24V DC a sloužiacute pro

připojeniacute ovlaacutedaciacutech tlačiacutetek jako start motoru stop motoru reverzaci rozběh hvězda-trojuacutehelniacutek

nebo např použitiacute vstupu pro koncovyacute spiacutenač pro připojeniacute pomocnyacutech kontaktů stykačů či

funkci aktuaacutetor kdy je ovlaacutedaacuten pohon ventilu Vše podle nastaveniacute uživatele a pracovniacuteho

procesu Vedle hlavniacutech vstupniacutech kontaktů se nachaacuteziacute takeacute jeden vyacutestupniacute s označeniacutem (DO3)

Tento digitaacutelniacute vyacutestup lze využiacutet k připojeniacute 24V DC signalizačniacute kontrolky pro chybovaacute hlaacutešeniacute

modulu UMC100 nabiacuteziacute integrovanyacute vstup pro připojeniacute PTC termistoru Diacuteky PTC jsme

schopni hliacutedat teplotu statoroveacuteho vinutiacute a předejiacutet tiacutem zaacutevažneacutemu poškozeniacute motoru

Hlavniacute obvod

Měřeniacute proudu faacutezovyacutemi vodiči je řešeno pomociacute 3 průvlečnyacutech ok integrovanyacutech v modulu

Tato průvlečnaacute oka jsou měřiacuteciacutemi transformaacutetory proudu navinutyacutemi na toroidniacutem jaacutedře Diacuteky

těmto transformaacutetorům je kontroleacuter schopnyacute měřit proud v rozsahu 024 až 63A Pro vyššiacute

hodnoty proudů až 850A se použiacutevaacute externiacute proudovyacute transformaacutetor

Možnost rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru

UMC se v průmyslovyacutech aplikaciacutech nejčastěji použiacutevaacute s využitiacutem napěťoveacuteho a rozšiřovaciacuteho

(vstupně-vyacutestupniacuteho) modulu Pro laboratorniacute uacutelohu je použit napěťovyacute modul VI150 a

rozšiřovaciacute modul DX122 jenž jsou připojeny k UMC pomociacute UMCIO-CAB přes svorky

s označeniacutem Ca a Cb

Napěťovyacute modul VI150

K demonstraci kontroleacuteru je použit modul s označeniacutem VI150 Zařiacutezeniacute disponuje konektory pro

připojeniacute faacutezovyacutech vodičů (L1 L2 a L3) a je schopneacute měřit hodnotu sdruženeacuteho napětiacute siacutetě

S naměřenyacutemi hodnotami faacutezoveacuteho proudu pomociacute UMC dostaacutevaacuteme takeacute hodnotu faacutezoveacuteho

posuvu mezi napětiacutem a proudem tedy uacutečiniacuteku cos φ Z těchto naměřenyacutech parametrů vypočiacutetaacute

řiacutediacuteciacute jednotka kontroleacuteru činnyacute přiacutekon Ovšem pro spraacutevnou detekci napětiacute je nutneacute dodržet

zapojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 51

Vstupně-vyacutestupniacute modul DX122

Modul umožňuje rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru o dalšiacutech 8 digitaacutelniacutech vstupů na napětiacute 110-230V AC 4

releacuteoveacute vyacutestupy a 1 analogovyacute vyacutestup Pomociacute programu ABB Asset Vision Basic je možneacute

přiacutemeacute přiřazeniacute parametrů a programovaacuteniacute UMC100 a takeacute všech zařiacutezeniacute kteraacute jsou vybavena

DTM (Device Type Manager)- naacutestroj pro konfiguraci a spraacutevu zařiacutezeniacute

Komunikačniacute modul MTQ22

O komunikaci mezi UMC a PC se staraacute modul MTQ22 V software vytvořeneacutem pomociacute

vyacutevojoveacuteho prostřediacute LabVIEW lze sledovat aktuaacutelniacute měřeneacute veličiny zobrazenaacute varovaacuteniacute

poruchovyacutech stavů informace o stavu vstupů a vyacutestupů apod

Napaacutejeciacute zdroj

Napaacutejeniacute modulů zajišťuje zdroj CP-D 2413A s regulaciacute vyacutestupniacuteho napětiacute Regulace je možnaacute

v rozpětiacute 24-28V DC Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute zdroje je umožněna z důvodu požadavku

přesneacuteho napětiacute 24V DC Vlivem zatiacuteženiacute (napaacutejeniacute UMC VI a DX) vyacutestupniacute napětiacute zdroje klesaacute

podle zatěžovaciacute charakteristiky přiacuteslušneacuteho zdroje CP-D sloužiacute takeacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacutech

vstupů UMC

Ochranneacute funkce

UMC nenabiacuteziacute pouze možnost měřeniacute faacutezoveacuteho proudu ale takeacute řadu ochran při poruchovyacutech

stavech provozu Nejčastěji v praxi využiacutevanaacute ochrana je ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute kteraacute

je doprovaacutezena varovnou signalizaciacute nastaacutevajiacuteciacute poruchy

Ochrana motoru při proudoveacutem podtiacuteženiacute pracuje na obdobneacutem principu jako předchoziacute ochrana

Kontroleacuter monitoruje hladinu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu Při jeho poklesu pod nastavenou

uacuteroveň maximaacutelniacuteho dovoleneacuteho poklesu (udaacutevaneacute relativně v k jmenoviteacutemu In) dochaacuteziacute k

signalizaci chyby a odpojeniacute motoru od siacutetě

PTC ochrana spočiacutevaacute v hliacutedaacuteniacute teploty statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru pomociacute PTC

termistoru V našem přiacutepadě je použito lineaacuterniacuteho potenciometru kdy se zvyšujiacuteciacutem se odporem

potenciometru simulujeme zvyšujiacuteciacute se teplotu statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru

Při ztraacutetě některeacute napaacutejeciacute faacuteze motoru dochaacuteziacute k okamžiteacutemu blokovaacuteniacute startu motoru

Ochrana sledu faacuteziacute zajistiacute spraacutevneacute zapojeniacute vodičů L1 L2 a L3 ktereacute je slučitelneacute s nastaveniacutem v

UMC

Vlivem přerušovaneacuteho provozu např S3 kdy nedochaacuteziacute v době klidu a odpojeniacute motoru k

poklesu teploty na teplotu okoliacute může vybavit Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute - Thermal

Overload Protection (TOL)

Zablokovaniacute rotoru byacutevaacute způsobeno přiacuteliš vysokyacutem zaacutetěžnyacutem momentem Mz na hřiacutedeli motoru

nebo mechanickou poruchou Kontroleacuter je při startu schopen detekovat tento stav

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 52

62 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute uacutelohy a scheacutema zapojeniacute panelu

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 53

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 54

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha

Štiacutetek použiteacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 64 Štiacutetek motoru

63 Popis scheacutematu zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

Na vstupniacute svorky s označeniacutem VSTUP (L1 L2 L3 N PE) jsou přivedeny přiacuteslušneacute vodiče

z pracovniacuteho stolu Hlavniacute 16A jistič s vypiacutenaciacute charakteristikou typu C sloužiacute pro jištěniacute siloveacute

čaacutesti obvodu Pro jištěniacute napaacutejeciacuteho zdroje CP-D sloužiacute tavnaacute pojistka 2T250V Napěťoveacute

vstupy na modul VI150 jsou jištěny tavnou pojistkou F125250V Posuvnyacute potenciometr

umiacutestěnyacute na faacutezoveacutem vodiči L1 sloužiacute k demonstraci ochrany při faacutezoveacute nesymetrii

Komunikačniacute modul MTQ22 zajišťuje komunikaci mezi UMC a PC kdy prostřednictviacutem

Ethernetoveacute siacutetě jsme schopni čiacutest měřeneacute veličiny

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 55

64 Pracovniacute postup

1 Seznamte se s kontroleacuterem UMC100 a ostatniacutemi komponenty použityacutemi pro laboratorniacute

uacutelohu a se scheacutematem zapojeniacute uacutelohy

2 Připojte elektromotor a vstupniacute svorky na přiacuteslušneacute zdiacuteřky Před připojeniacutem vyacutekonoveacuteho

potenciometru ověřte měřeniacutem jeho minimaacutelniacute a maximaacutelniacute hodnotu odporu a

poznamenejte si je

3 Připojte potenciometr na určeneacute zdiacuteřky označeneacute čiacutesly 1 a 2 a nastavte hodnotu odporu

4 Po kontrole zapojeniacute vyučujiacuteciacutem zapněte pracoviště a nastavte autotransformaacutetor na 100

vyacutestupniacuteho napětiacute Zapněte hlavniacute jistič Kontrola a nastaveniacute komunikace mezi UMC

DX a VI

Nastaveniacute Komunikace se provede přes LCD displej naacutesledujiacuteciacutem způsobem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on

5 Stiskem tlačiacutetka VPŘED nebo VZAD na panelu uvedeme motor do chodu Pro přechod

z jednoho směru do druheacuteho je nutneacute nejprve zastavit motor tlačiacutetkem STOP Při

zastaveniacute je kontroleacuterem motor blokovaacuten po dobu 3s před dalšiacutem spuštěniacutem z důvodu

doběhu motoru Pohybem tlačiacutetek nahoru dolů pomociacute LCD v hlavniacute nabiacutedce - UMC -

můžeme sledovat aktuaacutelniacute proud motoru sdruženeacute napětiacute odebiacuteranyacute přiacutekon ze siacutetě

uacutečiniacutekhellip

6 Při provaacuteděniacute uacutelohy na brzdě (dynamometru) ověřte funkci ochrany při zablokovaacuteniacute

rotoru funkci ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a proudoveacutem přetiacuteženiacute

7 Při vybaveniacute každeacute z ochran zaznamenejte hodnotu kdy vypnula Před novyacutem startem je

důležiteacute přečiacutest zaacuteznam důvodu poruchy a proveacutest reset na panelu UMC100-PAN jinak je

START blokovaacuten

65 Měřeniacute

OCHRANA PŘED PŘEHŘAacuteTIacuteM MOTORU

Potenciometrem označenyacutem PTC je zvyšovaacutena hodnotu odporu do okamžiku kdy dojde

k odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě zapůsobeniacutem PTC ochrany Hodnota odporu potenciometru

při vybaveniacute ochrany je určena měřeniacutem na 341kΩ Odpoviacutedajiacuteciacute hodnotu teploty motoru

odečteme z grafu a hodnoty odporu potenciometru při vypnutiacute

Do tabulky zapište změřenou hodnotu odporu potenciometru při vypnutiacute Při teacuteto hodnotě odporu

odečtěte teplotu motoru z grafu Ziacuteskanou teplotu porovnejte s vypočtenou teplotou motoru

Tabulka naměřenyacutech a vypočtenyacutech hodnot

R ϑg R0 ϑ

[Ω] [degC] [Ω] [degC]

3410 136 1320 13626

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 56

Vyacutepočet vychaacuteziacute ze vztahu pro zaacutevislost elektrickeacuteho odporu vodiče na teplotě

(651)

kde

(652)

Po uacutepravě pak

α - teplotniacute součinitel elektrickeacuteho odporu (K-1

) (α = 001162 K-1

)

R0 - odpor potenciometru v zaacutekladniacute poloze

R - odpor potenciometru při vybaveniacute ochrany

ϑg - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute odečtenaacute z grafu

ϑ - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute ndash vypočtenaacute

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

R [

Ω]

ϑ [degC]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 57

Vinutiacute motoru je izolovaacuteno izolaciacute třiacutedy F (155)

Třiacuteda izolace A E B F H

Okolniacute teplota [degC] 40 40 40 40 40

Povolenyacute naacuterůst teploty [degC] 60 75 80 105 125

Teplotniacute rezerva 5 5 10 10 15

Konečnaacute teplota 105 120 130 155 180

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru [12]

OCHRANA PŘED NESPRAacuteVNYacuteM SLEDEM FAacuteZIacute

Nedodrženiacutem sledu napaacutejeciacutech faacutezovyacutech vodičů (zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů svorek L2 a L3)

jak je nastaveno v UMC provaacutediacute napěťovyacute modul blokaci startu motoru V tomto přiacutepadě

vybavuje neprodleně ochrana sledu faacuteziacute ndashPhase sequence Funkci zaznamenejte do protokolu

OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII

Zvyšovaacuteniacutem odporu vyacutekonoveacuteho potenciometru zapojeneacuteho ve faacutezi L1 (viz scheacutema zapojeniacute

uacutelohy) dochaacuteziacute k simulaci faacutezoveacute nesymetrie siacutetě Motor je odpojen v okamžiku kdy poklesne

hodnota sdruženeacuteho napětiacute mezi faacutezemi L3 a L1 přibližně na hodnotu Us = 380V Velikost

odporu při vybaveniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii činiacute 101Ω Hodnotu nesymetrie zaznamenejte

do protokolu

OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE

Ztraacuteta faacuteze se realizuje pomociacute spiacutenače v pracovniacutem stole kdy odpojiacuteme napaacutejeciacute faacutezi Změřte

čas od odpojeniacute faacuteze L2 do vybaveniacute ochrany při ztraacutetě faacuteze a poznamenejte do protokolu

66 Demonstrace ochran při použitiacute dynamometru

OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU

K testu ochrany při zablokovaacuteniacute rotoru posloužiacute dynamometr jehož hřiacutedel je spojenaacute se hřiacutedeliacute

asynchronniacuteho motoru pomociacute spojky Hřiacutedel dynamometru je poteacute mechanicky zablokovaacutena

Stiskem přiacuteslušneacuteho tlačiacutetka je proveden start motoru a sledovaacuten proud při odpojeniacute motoru od

siacutetě a čas odpojeniacute Proud při vybaveniacute ochrany při mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru dosaacutehl

hodnoty 1978A což odpoviacutedaacute 582In

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute ndash (High current protection)

Pro simulaci proudoveacuteho přetiacuteženiacute maacuteme nastavenou hodnotu odebiacuteraneacuteho proudu na 130 pro

odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě Snižovaacuteniacutem jmenovityacutech otaacuteček motoru pomociacute dynamometru

(bržděniacutem tzn n rarr 0) dochaacuteziacute k naacuterůstu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu I Odpojeniacute nastalo při

odebiacuteraneacutem proudu 447A Nastaveneacute hodnotě (13In ) naacuteležiacute proud 442A Tiacutem lze konstatovat

že vyacutesledek měřeniacute je srovnatelnyacute s hodnotami uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute

Stav proudoveacuteho podtiacuteženiacute nedostatečneacuteho proudoveacuteho zatiacuteženiacute použiacutevanyacute zejmeacutena u čerpadel

je simulovaacuten pomociacute dynamometru kdy je nastavenaacute hodnota poklesu aktuaacutelniacuteho proudu na

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 58

085In a čas odpojeniacute od siacutetě na 10s Po roztočeniacute a zatiacuteženiacute motoru na hodnotu jmenoviteacuteho

proudu jsou pomociacute dynamometru zvyšovaacuteny otaacutečky motoru n Tento proces maacute za naacutesledek

snižovaacuteniacute aktuaacutelniacuteho proteacutekaneacuteho proudu I kdy motor ztraacuteciacute zatiacuteženiacute Nastaveneacute hodnotě

podtiacuteženiacute odpoviacutedaacute aktuaacutelniacute proud 289A Při dosaženiacute teacuteto uacuterovně je spuštěn odpočet a motor za

10s odpojen

67 Vyhodnoceniacute a zaacutevěr

Vyacutesledkem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute technologiiacute pro diagnostiku

veličin při chodu trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru Při demonstračniacute simulaci ochran byly

dosaženy naacutesledujiacuteciacute vyacutesledky PTC ochrana vybavuje při hodnotě odporu 341kΩ Tato hodnota

odpoviacutedaacute teplotě ϑg = 136degC odečteneacute z grafu Vypočtenaacute teplota ϑ = 13626degC Vyacuterobce uvaacutediacute

zapůsobeniacute ochrany při hodnotě odporu v rozsahu 34-38kΩ Zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů L2 a

L3 proběhla okamžitaacute blokace spuštěniacute motoru Faacutezovaacute nesymetrie vybavila při poklesu napětiacute o

5 Ztraacutetou napaacutejeciacute faacuteze proběhlo odpojeniacute motoru v čase t = 15s Čas odpojeniacute odpoviacutedaacute třiacutedě

přetiacuteženiacute 5E kteraacute je nastavena

Při testu za použitiacute dynamometru bylo zjištěno že při zablokovaneacutem rotoru motoru zapůsobil

kontroleacuter při nastaveneacutem přetiacuteženiacute 3In Teacuteto hodnotě naacuteležiacute proud 102A Jelikož je nastavena

třiacuteda přetiacuteženiacute 5E ktereacute naacuteležiacute interval 15s a poteacute odpojeniacute motoru tak během tohoto okamžiku

vzrostla hodnota proudu na 1978A což odpoviacutedaacute 582In Při proudoveacutem přetiacuteženiacute odpoviacutedaly

vyacutesledky měřeniacute nastaveneacute hodnotě přetiacuteženiacute 13In Ve stavu proudoveacuteho podtiacuteženiacute zapůsobila

ochrana spraacutevně dle nastaveneacuteho poklesu proudu na 085In

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 28: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 28

25 Monitorovaciacute zařiacutezeniacute zemniacuteho spojeniacute CEM11-FBP

Monitorovaciacute zařiacutezeniacute CEM11 sloužiacute pro sledovaacuteniacute svodovyacutech proudů respektive zemniacutech

poruch způsobenyacutech nejčastěji poškozenou izolaciacute Detekovaacuteniacute takoveacuteto zemniacute poruchy vede

k odpojeniacute motoru aby nedošlo k jeho většiacutemu poškozeniacute nebo vede k upozorněniacute obsluhy

Možneacute použitiacute je jak v siacutetiacutech uzemněnyacutech tak i neuzemněnyacutech

Průvlečneacute oko je tvořeno toroidniacutem transformaacutetorem kteryacutem jsou vedeny všechny 3 faacutezoveacute

vodiče motoru Zařiacutezeniacute hliacutedaacute to aby součet faacutezorů proudů byl nulovyacute Jakmile dojde k zemniacutemu

spojeniacute tzn součet faacutezorů proudů je nenulovyacute integrovanaacute elektronika CEM11 sepne nebo

rozepne vyacutestup Vyacutestup z CEM11 pracuje jako kontakt kteryacute detekovanou hodnotou proudu

sepne nebo rozepne 24V DC jenž poteacute může byacutet připojeno jako např digitaacutelniacute vstup do UMC

Nastaveniacute zpožděniacute sepnutiacute varovaacuteniacute nebo odpojeniacute lze zvolit v UMC a to v rozsahu od 01s ndash

255s Nastaveniacute citlivosti spiacutenaacuteniacute je možneacute v několika krociacutech Poloha přepiacutenače (0-7) s toleranciacute

na pozici 0 cca plusmn30 a daacutele vždy s toleranciacute cca plusmn10

CEM11 je možneacute uložit spolu s ostatniacutemi komponenty na DIN lištu normovaneacuteho rozměru

35mm nebo pomociacute přiacutedavneacuteho klipu pro nejmenšiacute rozměr CEM11-FBP20 [1]

Průměr průvlečneacuteho

oka [mm]

Proudovyacute rozsah

[mA]

20 80 - 1700

35 100 - 3400

60 120 - 6800

120 240 - 13600

Tab 24 Rozměry vyraacuteběnyacutech CEM11-FBPs udaacutevanyacutemi hodnotami svodovyacutech proudů

Obr 213 Zapojeniacute CEM11-FBP do obvodu [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 29

26 Napaacutejeciacute zdroj

Pro napaacutejeniacute modulů UMC100 DX122 a VI150 sloužiacute zdroj typu CP-D 2413 Jednaacute se o

napaacutejeciacute zdroj kteryacute na sveacutem vyacutestupu dovoluje regulaci napětiacute 24-28V DC s toleranciacute plusmn 1

Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute je umožněna z důvodu připojeniacute modulů na dlouheacute vedeniacute kde

vznikajiacute uacutebytky napětiacute praacutevě vlivem deacutelky vedeniacute Zpravidla klesne-li na vedeniacute napětiacute od

jednoho zdroje na ktereacutem je nastaveno maximaacutelniacute vyacutestupniacute napětiacute pod minimaacutelniacute hodnotu

potřebnou pro napaacutejeniacute modulu je nutneacute použiacutet dalšiacute napaacutejeciacute zdroj Maximaacutelniacute proud zdroje je

Imax = 13A a jmenovityacute vyacutestupniacute vyacutekon 30W Tento typ zdroje je diacuteky svyacutem modulaacuterniacutem

rozměrům možneacute umiacutestit na DIN lištu (EN50022-35) [6]

Naacutesledujiacuteciacute zatěžovaciacute charakteristika znaacutezorňuje zaacutevislost svorkoveacuteho napětiacute zdroje na

odebiacuteraneacutem proudu pro teplotu T=25degC

Obr 214 Zatěžovaciacute charakteristika zdroje CP-D 2413[6]

Obr 215 Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 30

27 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

Tento modul poskytuje komunikaci pro FieldBusPlug zařiacutezeniacute jako je např UMC100

s počiacutetačem prostřednictviacutem siacutetě Ethernet K MTQ22 lze připojit až 4 zařiacutezeniacute pro uacutesporu

naacutekladů Naacutesledujiacuteciacute popis je vztažen k Obr 216 kde jsou znaacutezorněny jednotliveacute čaacutesti modulu

1 konektory s označeniacutem X1 až X4 sloužiacute pro připojeniacute až 4 zařiacutezeniacute FBP

2 LED diody pro signalizaci aktuaacutelniacuteho stavu komunikace

3 micro USB konektor s označeniacutem X5 pro připojeniacute a konfiguraci pomociacute PC

4 dvě RJ45 zaacutesuvky s označeniacutem E1 a E2 pro připojeniacute pomociacute Ethernetoveacuteho kabelu

5 konektor pro připojeniacute 24V DC napaacutejeciacuteho napětiacute nese označeniacute X6

Obr 216 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 31

OCHRANNEacute FUNKCE 3Kontroleacuter nabiacuteziacute velkeacute množstviacute ochrannyacutech funkciacute potřebnyacutech pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacuteho chodu

motoru Některeacute funkce jsou aktivniacute pouze po čaacutest běhu motoru typicky při startu motoru jineacute

po jeho rozběhu Naacutesledujiacuteciacute tabulka (Tab 31) nastiacuteniacute přehled nejdůležitějšiacutech ochran motoru a

čas kdy jsou aktivovaacuteny

Ochrannaacute funkce Aktivniacute

Při tepelneacutem přetiacuteženiacute Vždy

Při zablokovaneacutem rotoru Při startu motoru

Při proudoveacutem přetiacuteženiacute Po startu

Při proudoveacutem podtiacuteženiacute Po startu

Sled faacuteziacute Vždy

Při faacutezoveacute nesymetrii Vždy

Při ztraacutetě faacuteze Vždy

PTC ochrana Vždy

Při zemniacutem spojeniacute Vždy po spuštěniacute

Při napěťovyacutech špičkaacutech Vždy

Při harmonickeacutem zkresleniacute Vždy

Tab 31 Ochranneacute funkce [1]

Nastaveniacute parametrů jednotlivyacutech ochran probiacutehaacute pomociacute UMC100-PAN

31 Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute

UMC100 disponuje nastavitelnyacutem vypiacutenaacuteniacutem při tepelneacutem přetiacuteženiacute podle třiacuted 5E 10E 20E

30E a 40E viz Obr 31 Tyto třiacutedy uvaacutedějiacute poměr mezi aktuaacutelniacutem prochaacutezejiacuteciacutem proudem

motorem I a jmenovityacutem proudem motoru In uvedenyacutem na štiacutetku v zaacutevislosti na maximaacutelniacute době

rozběhu t

Třiacuteda 5E 10E 20E 30E 40E

t [s] 15 3 6 3 12

Tab 32 Třiacutedy přetiacuteženiacute a čas odpojeniacute

Lze hovořit o dvou typech rozběhu motoru

1 normaacutelniacute rozběh - do 10s

2 těžkyacute rozběh - viacutece jak 10s

Při rozběhu zatiacuteženeacuteho motoru se otaacutečky zvyšujiacute z nuloveacute hodnoty na jmenovitou přičemž

dochaacuteziacute k naacuterůstu proudu až na několikanaacutesobek jeho jmenoviteacute hodnoty Zpravidla u většiacutech

motorů byacutevaacute naacuterůst až 10In tudiacutež v tento bdquokritickyacuteldquo okamžik nesmiacute vybavit ochrana na tepelneacute

přetiacuteženiacute Rozběh motoru pro UMC končiacute při poklesu proudu I na hodnotu 135 proudu

jmenoviteacuteho In nebo při dosaženiacute jmenovityacutech otaacuteček nn Udaacutevaneacute časy představuje Tab 32

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 32

311 Určeniacute teploty vinutiacute a vypiacutenaciacute třiacutedy

Podle způsobu určeniacute teploty vinutiacute motoru se ochrany rozlišujiacute na proudově nezaacutevisleacute a

proudově zaacutevisleacute

Proudově nezaacutevisleacute ochrany měřiacute přiacutemo teplotu ve vinutiacute motoru pomociacute vhodneacuteho čidla

teploty zpravidla termistoru Tiacutemto způsobem lze zjistit nedovoleneacute otepleniacute způsobeneacute např

poruchou cirkulace vzduchu kterou proudově zaacutevislaacute ochrana neniacute schopna vyhodnotit

Proudově zaacutevisleacute ochrany vyhodnocujiacute teplotu vinutiacute motoru nepřiacutemo a to prostřednictviacutem

vyacutepočtoveacuteho modelu z provozniacuteho proudu motoru Zvyacutešeniacute provozniacuteho proudu motoru maacute za

naacutesledek otepleniacute ktereacute vede trvaacute-li delšiacute dobu k poškozeniacute nebo zničeniacute motoru Ochrana při

tepelneacutem přetiacuteženiacute ndash TOL chraacuteniacute motor před přehřaacutetiacutem Tepelnyacute model je vypočiacutetaacutevaacuten za chodu i

v klidu motoru a z těchto stavů se pak zjistiacute tepelnaacute kapacita Znalost teacuteto hodnoty vede

k maximalizaci produktivity Funkčnost tepleneacuteho modelu je v souladu s normou

Při použitiacute motoru pro cyklickeacute operace dochaacuteziacute ke schodoviteacutemu zvyšovaacuteniacute teploty motoru Je

zapotřebiacute volit spraacutevnyacute čas intervalu mezi cykly aby nedochaacutezelo k přehřaacutetiacute a zbytečneacutemu

poškozeniacute izolace vinutiacute motoru

Funkce Thermal load (tzv tepelnaacute zaacutetěž) hliacutedaacute poměr aktuaacutelniacuteho prochaacutezejiacuteciacuteho proudu I a

jmenoviteacuteho proudu In motoru Jakmile poměr IIn přesaacutehne 100 začiacutenaacute odpočet TTT a motor

bude odpojen po uplynutiacute nastaveneacute periody Možnost opětovneacuteho spuštěniacute přetiacuteženeacuteho motoru

proběhne po jeho vychladnutiacute To je možneacute nastavit dvěma způsoby [1]

1 Ručně nastavenou periodou během ktereacute je motor blokovaacuten proti spuštěniacute

(ovlivňovaacuteno velikostiacute motoru teplotou prostřediacute kde je motor použit zda je vybaven

ventilaacutetorem či neniacute apod)

2 Nastaveniacutem procentuaacutelniacute hodnoty tepelneacute kapacity do ktereacute nebude moci obsluha

motor spustit (při nastaveniacute 50 nedojde k odblokovaacuteniacute ochrany pokud neklesne

tepelnaacute kapacita pod zadanou hodnotu)

Určeniacute vypiacutenaciacute třiacutedy je představeno na naacutesledujiacuteciacutem přiacutekladu

Maacuteme-li trojfaacutezovyacute asynchronniacute motor o vyacutekonu 22kW poměr IIn = 5 a maximaacutelniacute dobu

rozběhu to = 10s Z přiloženeacuteho grafu vypiacutenaciacutech třiacuted pro studenyacute motor určiacuteme požadovanou

třiacutedu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 33

Obr 31 Vypiacutenaciacute třiacutedy pro UMC100-FBP[1]

Z vyacutesledku je patrneacute že motor budeme vypiacutenat proti přetiacuteženiacute podle třiacutedy 5E jelikož křivka

pro 5E je pod maximaacutelniacute dobou rozběhu to = 10s Pokud by došlo ke zvoleniacute např třiacutedy 10E

hrozilo by poškozeniacute motoru jelikož by na motor působilo přetiacuteženiacute delšiacute dobu než je tomu

dovoleno [10]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 34

32 Ochrana při zablokovaneacutem rotoru

V okamžiku připojeniacute motoru na napaacutejeciacute siacuteť se rotor neotaacutečiacute (n = 0 s = 1) Motor je ve

stavu nakraacutetko a jeho proud je omezen pouze ohmickyacutemi odpory a rozptylovyacutemi reaktancemi

vinutiacute Zaacuteběrnyacute proud I1z dosahuje většinou 4 až 10 x většiacutech hodnot než proud jmenovityacute In

Určit velikost tohoto proudu je možneacute ze vztahu 321

radic

kde

U1 - Vstupniacute napětiacute

R1 - Odpor primaacuterniacuteho vinutiacute

Xr1 - Reaktance statoroveacuteho vinutiacute

Xrsquor20 - Reaktance zabrzděneacuteho rotoru

Rlsquo2s - Celkovyacute činnyacute odpor rotoru

RFe - Činnyacute odpor magnetickeacuteho obvodu

Xm - Reaktance magnetickeacuteho obvodu

I1z - Zaacuteběrnyacute proud

Obr 32 Obvodovyacute model asynchronniacuteho motoru pro jednu faacutezi statoroveacuteho vinutiacute ndash nakraacutetko

Velkyacute zatěžovaciacute moment Mz nebo mechanickaacute porucha může zapřiacutečinit zablokovaacuteniacute rotoru

Ochrannaacute funkce detekuje dlouhou počaacutetečniacute situaci kteraacute je praacutevě důsledkem zmiacuteněnyacutech přiacutečin

UMC100 tiacutemto odpojiacute motor od napaacutejeniacute čiacutemž ho ochraacuteniacute od nadměrneacuteho tepelneacuteho namaacutehaacuteniacute

V uživatelskeacutem prostřediacute je možneacute individuaacutelně nastavit jak maximaacutelniacute proud tak i čas po

ktereacutem dojde k odpojeniacute zablokovaneacuteho motoru Pro experimentaacutelniacute použitiacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy je nastavena hodnota poměru pro odpočet a naacutesledneacute odpojeniacute IIn na 300 [1] [9]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 35

33 Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute zabezpečiacute odpojeniacute motoru vyskytne-li se v obvodu většiacute

hodnota proudu než nastavenaacute jmenovitaacute In Bliacuteže tuto funkci představiacute přiloženyacute průběh Funkce

je aktivniacute až po roztočeniacute motoru v okamžiku rozběhu je neaktivniacute

Princip ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Do okamžiku T1 od zapnutiacute klesne zaacuteběrnyacute proud na hodnotu cca Ix = 135 In V časoveacutem

uacuteseku T1 až T2 dochaacuteziacute k naacuterůstu prochaacutezejiacuteciacuteho proudu motorem V okamžiku T2 překročiacute

proud hodnotu Ivar Tiacutemto okamžikem začne odpočet nastaveneacute doby zpožděniacute tvar kteraacute po

uplynutiacute sepne signalizaci varovaacuteniacute nadproudoveacuteho přetiacuteženiacute Odpočet doby tvar narůstaacute je-li

proud motorem I gt Ivar Jakmile proud I ge Iodp dochaacuteziacute k sepnutiacute čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute todp

Platiacute-li podmiacutenka I ge Iodp a dojde k načteniacute hodnoty todp UMC100 odpojiacute motor od napaacutejeniacute a tiacutem

zabraacuteniacute jeho poškozeniacute

Obr 33 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu přetiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash dosaženiacute vysokeacute proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash dosaženiacute hodnoty proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

34 Ochrana při proudoveacutem podtiacuteženiacute

Jakmile hodnota (činneacuteho) proudu klesne pod nastavenou uacuteroveň kteraacute je pro danyacute proces

typickaacute dojde v UMC100 k vybaveniacute ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a motor odpojiacute od

napaacutejeniacute Tato ochrana se předevšiacutem využiacutevaacute pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacute funkce čerpadla když detekuje

ztraacutetu jeho saacuteniacute či pro paacutesoveacute dopravniacuteky ve vyacuterobniacutech provozech Včasneacute varovaacuteniacute a odpojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 36

motoru snižuje zejmeacutena prostoje vyacuteroby Princip varovaacuteniacute a odpojeniacute je představen na

naacutesledujiacuteciacutem průběhu jak tomu bylo u ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Princip ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute zobrazeneacuteho průběhu

Po poklesu aktuaacutelniacuteho proudu v okamžiku T1 motor normaacutelně běžiacute V časoveacutem uacuteseku T1 až

T2 dochaacuteziacute k poklesu proudu pod jmenovitou hodnotu In až na nastavenou hodnotu Ivar Při

dosaženiacute teacuteto hodnoty začne odpočet varovaacuteniacute proudoveacuteho podtiacuteženiacute Nepřesaacutehne-li proud za

dobu kratšiacute než tvar mez Ivar (tzn nevzroste-li se zpět k In) dojde ke spuštěniacute signalizace

proudoveacuteho podtiacuteženiacute Při pokračujiacuteciacutem poklesu proudu jak je patrneacute v časoveacutem intervalu T2-T3

až na mez Iodp dojde k čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute Při překročeniacute nastaveneacute doby todp a za

podmiacutenky že proud I le Iodp UMC100 motor odpojiacute od napaacutejeciacute siacutetě

Obr 34 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash niacutezkaacute proudovaacute uacuteroveň kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash hodnota proudu kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

Popis funkce ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute blokoveacuteho scheacutematu

Signaacutel Istart představuje hodnotu proudu po startu motoru- log 1(tzn Signalizace motoru v

chodu) Tento signaacutel tvořiacute vstup logickeacuteho hradla AND (1) Funkci tohoto hradla znaacutezorňuje

přiloženaacute tabulka Tab 33 Druhyacute vstup signalizuje aktuaacutelniacute hodnotu proudu kteraacute motorem

proteacutekaacute Je-li proud IltIvar detekuje hradlo AND druhou logickou jedničku a hradlo vybaviacute podle

přiloženeacute tabulky Tento signaacutel z hradla aktivuje časovač zpožděniacute varovaacuteniacute Po uplynutiacute

nastaveneacuteho časoveacuteho uacuteseku signalizuje podtiacuteženiacute Dochaacuteziacute-li staacutele k poklesu proudu až do

uacuterovně kdy IltIodp pak na druheacutem logickeacutem hradle AND (2) budou na vstupu log 1 Sepne

čiacutetaacuteniacute zpožděniacute vypnutiacute a po uplynutiacute doby UMC motor vypne

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 37

Obr 35 Blokoveacute scheacutema ochrany proti proudoveacutemu podtiacuteženiacute [1]

Vstup Vyacutestup

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

Tab 33 Princip funkce logickeacuteho hradla AND

341 Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek

Při chodu asynchronniacuteho motoru odebiacuteraacute stroj ze siacutetě jalovyacute proud kteryacute je potřebnyacute pro

vytvořeniacute magnetizace hlavniacuteho magnetickeacuteho obvodu Tento tzv magnetizačniacute proud je

nezaacutevislyacute na zatiacuteženiacute stroje Uplatněniacute nalezne zejmeacutena při chodu napraacutezdno a maleacutem zatiacuteženiacute

kdy je uacutečiniacutek motoru niacutezkyacute Motor maacute tedy nejleacutepe pracovat při plneacutem zatiacuteženiacute[11]

Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek jsou důležiteacute parametry pro detekovaacuteniacute niacutezkeacute zaacutetěže nebo situace bez

zaacutetěže např uzavřenyacute ventil Pomociacute napěťoveacuteho modulu VI15x a UMC je měřeno sdruženeacute

(faacutezoveacute) napětiacute faacutezovyacute proud čili i faacutezovyacute posuv mezi proudem a napětiacutem - cos φ Pomociacute těchto

parametrů je UMC schopneacute analogicky spočiacutetat hodnotu činneacuteho přiacutekonu

radic

Poklesne-li poteacute činnyacute přiacutekon pod nastavenou procentuaacutelniacute hodnotu P (př 85 Pn) motor vypne

tj bude-li PPn le 085

Experimentaacutelniacutem měřeniacutem v raacutemci laboratorniacute uacutelohy byla pomociacute přiacutestroje Yokogawa WT1800

změřena zaacutevislost uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute motoru Z vyacutesledneacuteho grafu (Obr 37) je

patrneacute že se snižovaacuteniacutem zatiacuteženiacute rotoru klesaacute velikost uacutečiniacuteku Naměřeneacute hodnoty pro konstrukci

grafu jsou uvedeny v přiacuteloze

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 38

Obr 36 Charakteristiky asynchronniacuteho motoru při zatiacuteženiacute [11]

Obr 37 Graf zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti P2

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

01

02

03

04

05

06

07

08

09

0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000

P1 [

W]

cos

ϕ [

-]

P2 [W]

P2 P1 Q1

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 39

35 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

Princip ochrany

Je-li poměr nejnižšiacuteho proudu (Imin) a nejvyššiacuteho proudu (Imax) ve faacuteziacutech nad nastavenou

uacuterovniacute pro varovaacuteniacute sepne signalizace ztraacutety faacuteze Jakmile ovšem tento poměr překročiacute

nastavenou hodnotu pro odpojeniacute motoru sepne zpožděniacute vypnutiacute a podle nastaveneacute třiacutedy

přetiacuteženiacute motor po uplynutiacute časoveacuteho intervalu odpojiacute

Funkce faacutezoveacute nesymetrie je aktivniacute pouze tehdy je-li proud ve všech třech faacuteziacutech gt 25 In

(jmenoviteacuteho proudu) [1]

Naacutesledujiacuteciacute rovnice představuje vyacutepočet procentuaacutelniacuteho poměru proudu pro vypnutiacute motoru při

uacuteplneacute ztraacutetě faacuteze

(

)

36 Ochrana sledu faacuteziacute

Ochrana sledu faacuteziacute hliacutedaacute zejmeacutena spraacutevnyacute směr otaacutečeniacute motoru Důležiteacute pro použitiacute teacuteto

ochrany je miacutesto zapojeniacute napěťoveacuteho modulu VI15x Pokud by byl modul zapojen za stykači

nastala by chyba při reverzniacutem zapojeniacute Na stykačiacutech dochaacuteziacute zapojeniacutem k zaacuteměně dvou

faacutezovyacutech vodičů a tiacutem i změně směru otaacutečeniacute motoru UMC s pomociacute VI150 vyhodnotiacute situaci

jako chybovou a vypne motor Napěťovyacute modul se tedy zpravidla umiacutesťuje hned za hlavniacute jistiacuteciacute

prvek viz Obr 44

37 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Jedno z největšiacutech nebezpečiacute pro motor představuje ztraacuteta jedneacute napaacutejeciacute faacuteze Chod na 2

napaacutejeciacute faacuteze zatěžuje motor na tepelneacute uacutečinky proudu vlivem zvyacutešeniacute proudu ve zbylyacutech 2

faacuteziacutech UMC100 v tomto přiacutepadě vypiacutenaacute motor podle předem stanovenyacutech časovyacutech intervalů

Intervaly vypnutiacute jsou stejneacute jako pro ochranu proti proudoveacutemu přetiacuteženiacute (Tab 32) a

odpoviacutedajiacute nastaveneacute třiacutedě přetiacuteženiacute Tuto ochranu dřiacuteve zajišťovalo tepelneacute releacute ktereacute v tomto

přiacutepadě nemusiacute byacutet použito

38 PTC ochrana

381 Termistor

Termistor je polovodičovyacute nelineaacuterniacute dvojpoacutel jehož odpor se měniacute v zaacutevislosti na teplotě

prostřediacute ve ktereacutem pracuje Jeho vyacutehodou je že velmi rychle a citlivě reaguje na změnu teploty

Rozlišujeme zpravidla 2 druhy termistorů

1 NTC (Negative Temperature Coefficient) - termistor se zaacutepornyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou klesaacute jeho odpor (roste elektrickaacute vodivost a proud)

2 PTC (Positive Temperature Coefficient) ndash termistor s kladnyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou jeho odpor roste

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 40

Obr 38 Zaacutevislost odporu termistoru na teplotě

Použitiacute termistorů

NTC termistory se použiacutevajiacute zpravidla k měřeniacute teploty PTC se nejčastěji využiacutevaacute

v kuchyňskyacutech spotřebičiacutech kde je požadovaacutena konstantniacute teplota v termostatech a pro hliacutedaacuteniacute

teploty vinutiacute motorů

382 Princip PTC ochrany v UMC

Ochrana obecně spadaacute do skupiny proudově nezaacutevislyacutech ochran Pro připojeniacute PTC

termistoru sloužiacute na UMC100 svorky s označeniacutem T1 a T2 PTC zvyšuje svůj odpor s rostouciacute

teplotou proto je možneacute ho použiacutet pro hliacutedaacuteniacute teploty např vinutiacute statoru UMC je schopneacute

vyhodnotit tuto změnu odporu a vydaacute signaacutel k odpojeniacute motoru od siacutetě [7]

39 Ochrana při zemniacutem spojeniacute

Ochrana při zemniacutem spojeniacute spočiacutevaacute v ochraně motoru siacutetě a technologie při nežaacutedouciacutech

vlivech způsobenyacutech zejmeacutena staacuternutiacutem izolace a jejiacutem zhoršenyacutem izolačniacutem uacutečinkem

Naacutesledkem přetěžovaacuteniacute vedeniacute vlhkostiacute kondenzaciacute vody v elektrickeacutem zařiacutezeniacute nebo vrstvou

vodiveacuteho prachu jsou praacutevě zhoršeneacute vlastnosti izolačniacuteho materiaacutelu To vede k nechtěneacutemu

zemniacutemu spojeniacute Zemniacute spojeniacute je monitorovaacuteno pomociacute UMC spolu se zařiacutezeniacutem CEM11 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 41

DEMONSTRAČNIacute PŘIacutePRAVEK 4

41 Naacutevrh přiacutepravku

Pro demonstraci UMC100 a dalšiacutech prvků řady produktů od společnosti ABB sro byl

navržen přiacutepravek pomociacute software AutoCAD a Inventor Professional kteryacute byl poteacute zrealizovaacuten

a oživen Nosnaacute konstrukce (Obr 41) je vyrobena z jӓckelu o rozměru 25x25mm

Obr 41 Nosnaacute konstrukce

Čelniacute panel tvořiacute plech s rozměry 500x400mm a tloušťky 2mm Plech je osazen

rozvaděčovyacutemi kanaacutely 25x60mm a všemi potřebnyacutemi komponentami pro realizaci zapojeniacute

Vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho panelu s otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky a ovlaacutedaciacute tlačiacutetka motoru je na

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

Seznam použityacutech komponent Vyacuterobce

3-poacutelovyacute jistič C16 OEZ

Pojistkoveacute pouzdro RSP 4 Elektro Bečov

Komunikačniacute modul MTQ22-FBP ABB

Motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP ABB

Napěťovyacute modul VI150-FBP ABB

Rozšiřovaciacute modul DX122-FBP ABB

Ministykač LC1K09(LC1K12) Schneider Electric

Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A ABB

Rozvaděčovyacute kanaacutel 25x60mm KOPOS

Přiacutestrojoveacute zdiacuteřky 4mm do panelu AMASS

Tlačiacutetka do panelu 250V1A JIETONG

Tab 41 Seznam použityacutech komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 42

Pro konstrukci je důležiteacute aby navrženyacute panel rozměrově odpoviacutedal všem potřebnyacutem přiacutestrojům

a modulům Pro tuto přiacuteležitost je pomociacute software AutoCAD vytvořen vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho

panelu Obr 43 kteryacute je konstruovaacuten

Navrženyacute nosnyacute plech tloušťky 2mm na ktereacutem jsou umiacutestěny veškereacute komponenty Obr 42

Ve vrchniacute polovině plechu jsou vyvrtaacuteny otvory o průměru 4mm sloužiacuteciacute pro uchyceniacute

rozvaděčoveacuteho kanaacutelu a DIN lišty Ve středniacute čaacutesti plechu jsou 4 průvlečneacute otvory určeneacute k

průchodu vodičů ze zadniacute čaacutesti plechu (od napaacutejeciacutech svorek) do rozvaděčoveacuteho kanaacutelu na straně

předniacute Pro tuto potřebu jsou stejneacute otvory vyvrtaacuteny takeacute do dna kanaacutelu Ve spodniacute čaacutesti jsou

otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky pomociacute kteryacutech je zajištěno napaacutejeniacute panelu a poteacute napaacutejeniacute motoru

a 3 otvory na ovlaacutedaciacute tlačiacutetka k zajištěniacute ovlaacutedaacuteniacute motoru Uchyceniacute plechu k nosneacute konstrukci

je provedeno samořeznyacutemi šroubky M5 v roziacutech plechu

Obr 42 Naacutevrh plechu panelu

Vyacutekres plechu s udaacuteniacutem koacutet je obsažen v přiacuteloze praacutece viz Obr 01

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 43

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 44

42 Scheacutema zapojeniacute přiacutepravku

Demonstračniacute panel je uzpůsoben pro reverzniacute chod trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 44 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho přiacutepravku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 45

43 Vyacuteslednyacute přiacutepravek

Vyacuteslednyacute osazenyacute a zapojenyacute přiacutepravek určenyacute pro laboratorniacute uacutelohu doplněnyacute vhodnyacutemi

štiacutetky pro ovlaacutedaacuteniacute a zapojeniacute napaacutejeciacute siacutetě (VSTUP) a motoru (VYacuteSTUP)

Obr 45 Demonstračniacute přiacutepravek

Zadniacute čaacutest panelu s izolovaacuteniacutem konektorů FASTON pomociacute teplem smrštitelneacute bužiacuterky před

nebezpečnyacutem dotykem živeacute čaacutesti

Obr 46 Zadniacute pohled

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 46

44 Demonstračniacute kufr pro ABB

Pro společnost ABB sro byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 prezentujiacuteciacute

jeho možnosti Zaacutekladniacutem požadavkem naacutevrhu bylo řešeniacute pomociacute jednofaacutezoveacuteho napaacutejeniacute

Jelikož UMC100 je uzpůsobeno pro chod trojfaacutezovyacutech motorů je použit frekvenčniacute měnič

ACS50 kteryacute nabiacuteziacute při napaacutejeniacute pomociacute jednofaacutezoveacute siacutetě na sveacutem vyacutestupu napětiacute 3x230V50Hz

Pro digitaacutelniacute vstupy UMC100 a rozšiřovaciacuteho modulu DX111 je navrženo použitiacute dvoupoacutelovyacutech

paacutečkovyacutech přepiacutenačů s funkciacute (ON)-OFF-ON s napětiacutem 24V DC K signalizaci aktivniacutech vstupů

a vyacutestupů je navrženo použitiacute zelenyacutech signaacutelek Ovlaacutedaciacute panel kufru obsahuje spiacutenače pro

simulaci ztraacutety napaacutejeciacute faacuteze motoru potenciometr k simulaci faacutezoveacute nesymetrie daacutele červenou

signaacutelku pro signalizaci poruchovyacutech stavů a žlutou pro chod motoru Všechny přepiacutenače a

signaacutelky jsou přiacutestupneacute uživateli prostřednictviacutem navrženeacuteho ovlaacutedaciacuteho panelu kteryacute současně

posloužiacute jako kryt kufru (Obr 02) Jelikož pro přenosnyacute kufr neniacute nejvhodnějšiacute použitiacute

asynchronniacuteho motoru je proto použit 6-poacutelovyacute synchronniacute motor s přiacutekonem 23VA

vyacutestupniacutem vyacutekonem 105W a jmenovityacutem proudem 100mA

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 47

Obr 47 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho kufru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 48

SIMULACE OCHRAN 5Kapitola obsahuje soupis simulaciacute ochran ktereacute jsou demonstrovaacuteny v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jež se zabyacutevaacute problematikou UMC100 Z širokeacute škaacutely ochran jsou vybraacuteny 4 situace ktereacute

se v průmyslu často vyskytujiacute

51 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

K nasimulovaacuteniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii je použit posuvnyacute potenciometr kteryacute je

připojen na svorky (12) Pomociacute potenciometru bude snižovaacutena velikost napětiacute na přiacutevodniacute faacutezi

do motoru (L1) Pro demonstraci ochrany je použit napěťovyacute modul VI150 spolu s UMC100 Na

svorky modulu označeneacute (L1L2 a L3) jsou přivedeny faacuteze v uvedeneacutem sledu Při zvyšovaacuteniacute

odporu rezistoru ve faacutezi dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute napětiacute na přiacutevodniacute svorce (L1) vlivem rostouciacuteho

uacutebytku napětiacute na daneacutem rezistoru Je-li napěťovyacute modul propojen vodičem s UMC a je-li spraacutevně

nastaven UMC vyhodnotiacute po určiteacutem poklesu napětiacute a naacuterůstu proudu ve zbylyacutech dvou faacuteziacutech

(L2 a L3) jako chybovou a vybaviacute Nejprve bude vybaveno varovaacuteniacute a poteacute dojde k odpojeniacute

motoru

52 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze je motor vystaven vysokeacutemu riziku což většinou vede k jeho

zničeniacute Demonstrace ochrany proběhne uacuteplnyacutem odpojeniacutem napaacutejeciacute faacuteze L2 Pro vybaveniacute

ochrany neniacute zapotřebiacute aby byl motor v chodu neboť použitiacute napěťoveacuteho modulu VI150

detekuje nepřiacutetomnost napětiacute faacuteze a vybaviacute Při chodu motoru ochrana vybaviacute od 15s pro třiacutedu

5E a do 12s pro 40E podle nastaveneacute třiacutedy přetiacuteženiacute viz Tab 32 Princip funkce při chodu

motoru spočiacutevaacute v porovnaacuteniacute nejvyššiacute a nejnižšiacute naměřeneacute hodnoty faacutezoveacuteho proudu s

nastavenyacutemi uacuterovněmi Vyacutehodou je že signalizuje varovaacuteniacute ještě před samotnyacutem spuštěniacutem

motoru kdy může nastat stav že je přepaacutelena pojistka a obsluha toto nezaznamenala Mimo

přepaacuteleneacute pojistky se může takeacute jednat o uvolněnyacute nebo opotřebenyacute kontakt

53 Ochrana sledu faacuteziacute

Pro spraacutevnyacute chod motoru a diagnostiku pomociacute kontroleacuteru s použitiacutem napěťoveacuteho modulu je

zapotřebiacute dodržet sled faacuteziacute tzn Faacutezovyacute vodič L1rarrsvorka L1 L2 rarrsvorka L3 a L3rarrsvorka L3

Při zaacuteměně některyacutech faacutezovyacutech vodičů neprodleně vybaviacute ochrana sledu faacuteziacute a neniacute dovoleno

spuštěniacute motoru do okamžiku dokud neniacute obsluhou tento probleacutem vyřešen

54 PTC ochrana

Pro vyhodnocovaacuteniacute teploty vinutiacute statoru motoru sloužiacute termistor PTC Při zvyacutešeniacute teploty

nastaacutevaacute zvyacutešeniacute odporu termistoru (viz Obr 38) a motor odpojiacute Udaacutevanaacute odezva UMC na

změnu odporu je v rozmeziacute R = 34-38kΩ

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 49

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany

Z důvodu ochrany motoru neniacute vhodneacute vystavovat motor zvyacutešeneacute teplotě pro nastiacuteněniacute funkce

PTC ochrany Pro tento uacutečel posloužiacute zhotovenyacute box osazenyacute lineaacuterniacutem potenciometrem

s hodnotou odporu 25kΩ jemuž jsou předřazeny odpory 1kΩ a 330Ω

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 50

LABORATORNIacute UacuteLOHA 6

61 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100

Uacutekolem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute řiacutediacuteciacute a kontrolniacute jednotkou pro

provoz trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru UMC100

Motorovyacute kontroleacuter nabiacuteziacute 3 releacuteoveacute vyacutestupy Tyto vyacutestupy jsou připojitelneacute na napětiacute 230V AC s

maximaacutelniacutem proudem 1A Releacuteoveacute vyacutestupy sloužiacute zejmeacutena pro připojeniacute budiacuteciacutech ciacutevek stykačů

Hlavniacute vstupy jsou tvořeny seacuteriiacute svorek jež je umiacutestěnaacute ve spodniacute čaacutesti kontroleacuteru Svorky nesou

označeniacute (DI0 DI1 hellip DI5) Tyto digitaacutelniacute vstupy pracujiacute s napětiacutem 24V DC a sloužiacute pro

připojeniacute ovlaacutedaciacutech tlačiacutetek jako start motoru stop motoru reverzaci rozběh hvězda-trojuacutehelniacutek

nebo např použitiacute vstupu pro koncovyacute spiacutenač pro připojeniacute pomocnyacutech kontaktů stykačů či

funkci aktuaacutetor kdy je ovlaacutedaacuten pohon ventilu Vše podle nastaveniacute uživatele a pracovniacuteho

procesu Vedle hlavniacutech vstupniacutech kontaktů se nachaacuteziacute takeacute jeden vyacutestupniacute s označeniacutem (DO3)

Tento digitaacutelniacute vyacutestup lze využiacutet k připojeniacute 24V DC signalizačniacute kontrolky pro chybovaacute hlaacutešeniacute

modulu UMC100 nabiacuteziacute integrovanyacute vstup pro připojeniacute PTC termistoru Diacuteky PTC jsme

schopni hliacutedat teplotu statoroveacuteho vinutiacute a předejiacutet tiacutem zaacutevažneacutemu poškozeniacute motoru

Hlavniacute obvod

Měřeniacute proudu faacutezovyacutemi vodiči je řešeno pomociacute 3 průvlečnyacutech ok integrovanyacutech v modulu

Tato průvlečnaacute oka jsou měřiacuteciacutemi transformaacutetory proudu navinutyacutemi na toroidniacutem jaacutedře Diacuteky

těmto transformaacutetorům je kontroleacuter schopnyacute měřit proud v rozsahu 024 až 63A Pro vyššiacute

hodnoty proudů až 850A se použiacutevaacute externiacute proudovyacute transformaacutetor

Možnost rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru

UMC se v průmyslovyacutech aplikaciacutech nejčastěji použiacutevaacute s využitiacutem napěťoveacuteho a rozšiřovaciacuteho

(vstupně-vyacutestupniacuteho) modulu Pro laboratorniacute uacutelohu je použit napěťovyacute modul VI150 a

rozšiřovaciacute modul DX122 jenž jsou připojeny k UMC pomociacute UMCIO-CAB přes svorky

s označeniacutem Ca a Cb

Napěťovyacute modul VI150

K demonstraci kontroleacuteru je použit modul s označeniacutem VI150 Zařiacutezeniacute disponuje konektory pro

připojeniacute faacutezovyacutech vodičů (L1 L2 a L3) a je schopneacute měřit hodnotu sdruženeacuteho napětiacute siacutetě

S naměřenyacutemi hodnotami faacutezoveacuteho proudu pomociacute UMC dostaacutevaacuteme takeacute hodnotu faacutezoveacuteho

posuvu mezi napětiacutem a proudem tedy uacutečiniacuteku cos φ Z těchto naměřenyacutech parametrů vypočiacutetaacute

řiacutediacuteciacute jednotka kontroleacuteru činnyacute přiacutekon Ovšem pro spraacutevnou detekci napětiacute je nutneacute dodržet

zapojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 51

Vstupně-vyacutestupniacute modul DX122

Modul umožňuje rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru o dalšiacutech 8 digitaacutelniacutech vstupů na napětiacute 110-230V AC 4

releacuteoveacute vyacutestupy a 1 analogovyacute vyacutestup Pomociacute programu ABB Asset Vision Basic je možneacute

přiacutemeacute přiřazeniacute parametrů a programovaacuteniacute UMC100 a takeacute všech zařiacutezeniacute kteraacute jsou vybavena

DTM (Device Type Manager)- naacutestroj pro konfiguraci a spraacutevu zařiacutezeniacute

Komunikačniacute modul MTQ22

O komunikaci mezi UMC a PC se staraacute modul MTQ22 V software vytvořeneacutem pomociacute

vyacutevojoveacuteho prostřediacute LabVIEW lze sledovat aktuaacutelniacute měřeneacute veličiny zobrazenaacute varovaacuteniacute

poruchovyacutech stavů informace o stavu vstupů a vyacutestupů apod

Napaacutejeciacute zdroj

Napaacutejeniacute modulů zajišťuje zdroj CP-D 2413A s regulaciacute vyacutestupniacuteho napětiacute Regulace je možnaacute

v rozpětiacute 24-28V DC Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute zdroje je umožněna z důvodu požadavku

přesneacuteho napětiacute 24V DC Vlivem zatiacuteženiacute (napaacutejeniacute UMC VI a DX) vyacutestupniacute napětiacute zdroje klesaacute

podle zatěžovaciacute charakteristiky přiacuteslušneacuteho zdroje CP-D sloužiacute takeacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacutech

vstupů UMC

Ochranneacute funkce

UMC nenabiacuteziacute pouze možnost měřeniacute faacutezoveacuteho proudu ale takeacute řadu ochran při poruchovyacutech

stavech provozu Nejčastěji v praxi využiacutevanaacute ochrana je ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute kteraacute

je doprovaacutezena varovnou signalizaciacute nastaacutevajiacuteciacute poruchy

Ochrana motoru při proudoveacutem podtiacuteženiacute pracuje na obdobneacutem principu jako předchoziacute ochrana

Kontroleacuter monitoruje hladinu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu Při jeho poklesu pod nastavenou

uacuteroveň maximaacutelniacuteho dovoleneacuteho poklesu (udaacutevaneacute relativně v k jmenoviteacutemu In) dochaacuteziacute k

signalizaci chyby a odpojeniacute motoru od siacutetě

PTC ochrana spočiacutevaacute v hliacutedaacuteniacute teploty statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru pomociacute PTC

termistoru V našem přiacutepadě je použito lineaacuterniacuteho potenciometru kdy se zvyšujiacuteciacutem se odporem

potenciometru simulujeme zvyšujiacuteciacute se teplotu statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru

Při ztraacutetě některeacute napaacutejeciacute faacuteze motoru dochaacuteziacute k okamžiteacutemu blokovaacuteniacute startu motoru

Ochrana sledu faacuteziacute zajistiacute spraacutevneacute zapojeniacute vodičů L1 L2 a L3 ktereacute je slučitelneacute s nastaveniacutem v

UMC

Vlivem přerušovaneacuteho provozu např S3 kdy nedochaacuteziacute v době klidu a odpojeniacute motoru k

poklesu teploty na teplotu okoliacute může vybavit Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute - Thermal

Overload Protection (TOL)

Zablokovaniacute rotoru byacutevaacute způsobeno přiacuteliš vysokyacutem zaacutetěžnyacutem momentem Mz na hřiacutedeli motoru

nebo mechanickou poruchou Kontroleacuter je při startu schopen detekovat tento stav

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 52

62 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute uacutelohy a scheacutema zapojeniacute panelu

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 53

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 54

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha

Štiacutetek použiteacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 64 Štiacutetek motoru

63 Popis scheacutematu zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

Na vstupniacute svorky s označeniacutem VSTUP (L1 L2 L3 N PE) jsou přivedeny přiacuteslušneacute vodiče

z pracovniacuteho stolu Hlavniacute 16A jistič s vypiacutenaciacute charakteristikou typu C sloužiacute pro jištěniacute siloveacute

čaacutesti obvodu Pro jištěniacute napaacutejeciacuteho zdroje CP-D sloužiacute tavnaacute pojistka 2T250V Napěťoveacute

vstupy na modul VI150 jsou jištěny tavnou pojistkou F125250V Posuvnyacute potenciometr

umiacutestěnyacute na faacutezoveacutem vodiči L1 sloužiacute k demonstraci ochrany při faacutezoveacute nesymetrii

Komunikačniacute modul MTQ22 zajišťuje komunikaci mezi UMC a PC kdy prostřednictviacutem

Ethernetoveacute siacutetě jsme schopni čiacutest měřeneacute veličiny

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 55

64 Pracovniacute postup

1 Seznamte se s kontroleacuterem UMC100 a ostatniacutemi komponenty použityacutemi pro laboratorniacute

uacutelohu a se scheacutematem zapojeniacute uacutelohy

2 Připojte elektromotor a vstupniacute svorky na přiacuteslušneacute zdiacuteřky Před připojeniacutem vyacutekonoveacuteho

potenciometru ověřte měřeniacutem jeho minimaacutelniacute a maximaacutelniacute hodnotu odporu a

poznamenejte si je

3 Připojte potenciometr na určeneacute zdiacuteřky označeneacute čiacutesly 1 a 2 a nastavte hodnotu odporu

4 Po kontrole zapojeniacute vyučujiacuteciacutem zapněte pracoviště a nastavte autotransformaacutetor na 100

vyacutestupniacuteho napětiacute Zapněte hlavniacute jistič Kontrola a nastaveniacute komunikace mezi UMC

DX a VI

Nastaveniacute Komunikace se provede přes LCD displej naacutesledujiacuteciacutem způsobem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on

5 Stiskem tlačiacutetka VPŘED nebo VZAD na panelu uvedeme motor do chodu Pro přechod

z jednoho směru do druheacuteho je nutneacute nejprve zastavit motor tlačiacutetkem STOP Při

zastaveniacute je kontroleacuterem motor blokovaacuten po dobu 3s před dalšiacutem spuštěniacutem z důvodu

doběhu motoru Pohybem tlačiacutetek nahoru dolů pomociacute LCD v hlavniacute nabiacutedce - UMC -

můžeme sledovat aktuaacutelniacute proud motoru sdruženeacute napětiacute odebiacuteranyacute přiacutekon ze siacutetě

uacutečiniacutekhellip

6 Při provaacuteděniacute uacutelohy na brzdě (dynamometru) ověřte funkci ochrany při zablokovaacuteniacute

rotoru funkci ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a proudoveacutem přetiacuteženiacute

7 Při vybaveniacute každeacute z ochran zaznamenejte hodnotu kdy vypnula Před novyacutem startem je

důležiteacute přečiacutest zaacuteznam důvodu poruchy a proveacutest reset na panelu UMC100-PAN jinak je

START blokovaacuten

65 Měřeniacute

OCHRANA PŘED PŘEHŘAacuteTIacuteM MOTORU

Potenciometrem označenyacutem PTC je zvyšovaacutena hodnotu odporu do okamžiku kdy dojde

k odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě zapůsobeniacutem PTC ochrany Hodnota odporu potenciometru

při vybaveniacute ochrany je určena měřeniacutem na 341kΩ Odpoviacutedajiacuteciacute hodnotu teploty motoru

odečteme z grafu a hodnoty odporu potenciometru při vypnutiacute

Do tabulky zapište změřenou hodnotu odporu potenciometru při vypnutiacute Při teacuteto hodnotě odporu

odečtěte teplotu motoru z grafu Ziacuteskanou teplotu porovnejte s vypočtenou teplotou motoru

Tabulka naměřenyacutech a vypočtenyacutech hodnot

R ϑg R0 ϑ

[Ω] [degC] [Ω] [degC]

3410 136 1320 13626

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 56

Vyacutepočet vychaacuteziacute ze vztahu pro zaacutevislost elektrickeacuteho odporu vodiče na teplotě

(651)

kde

(652)

Po uacutepravě pak

α - teplotniacute součinitel elektrickeacuteho odporu (K-1

) (α = 001162 K-1

)

R0 - odpor potenciometru v zaacutekladniacute poloze

R - odpor potenciometru při vybaveniacute ochrany

ϑg - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute odečtenaacute z grafu

ϑ - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute ndash vypočtenaacute

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

R [

Ω]

ϑ [degC]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 57

Vinutiacute motoru je izolovaacuteno izolaciacute třiacutedy F (155)

Třiacuteda izolace A E B F H

Okolniacute teplota [degC] 40 40 40 40 40

Povolenyacute naacuterůst teploty [degC] 60 75 80 105 125

Teplotniacute rezerva 5 5 10 10 15

Konečnaacute teplota 105 120 130 155 180

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru [12]

OCHRANA PŘED NESPRAacuteVNYacuteM SLEDEM FAacuteZIacute

Nedodrženiacutem sledu napaacutejeciacutech faacutezovyacutech vodičů (zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů svorek L2 a L3)

jak je nastaveno v UMC provaacutediacute napěťovyacute modul blokaci startu motoru V tomto přiacutepadě

vybavuje neprodleně ochrana sledu faacuteziacute ndashPhase sequence Funkci zaznamenejte do protokolu

OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII

Zvyšovaacuteniacutem odporu vyacutekonoveacuteho potenciometru zapojeneacuteho ve faacutezi L1 (viz scheacutema zapojeniacute

uacutelohy) dochaacuteziacute k simulaci faacutezoveacute nesymetrie siacutetě Motor je odpojen v okamžiku kdy poklesne

hodnota sdruženeacuteho napětiacute mezi faacutezemi L3 a L1 přibližně na hodnotu Us = 380V Velikost

odporu při vybaveniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii činiacute 101Ω Hodnotu nesymetrie zaznamenejte

do protokolu

OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE

Ztraacuteta faacuteze se realizuje pomociacute spiacutenače v pracovniacutem stole kdy odpojiacuteme napaacutejeciacute faacutezi Změřte

čas od odpojeniacute faacuteze L2 do vybaveniacute ochrany při ztraacutetě faacuteze a poznamenejte do protokolu

66 Demonstrace ochran při použitiacute dynamometru

OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU

K testu ochrany při zablokovaacuteniacute rotoru posloužiacute dynamometr jehož hřiacutedel je spojenaacute se hřiacutedeliacute

asynchronniacuteho motoru pomociacute spojky Hřiacutedel dynamometru je poteacute mechanicky zablokovaacutena

Stiskem přiacuteslušneacuteho tlačiacutetka je proveden start motoru a sledovaacuten proud při odpojeniacute motoru od

siacutetě a čas odpojeniacute Proud při vybaveniacute ochrany při mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru dosaacutehl

hodnoty 1978A což odpoviacutedaacute 582In

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute ndash (High current protection)

Pro simulaci proudoveacuteho přetiacuteženiacute maacuteme nastavenou hodnotu odebiacuteraneacuteho proudu na 130 pro

odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě Snižovaacuteniacutem jmenovityacutech otaacuteček motoru pomociacute dynamometru

(bržděniacutem tzn n rarr 0) dochaacuteziacute k naacuterůstu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu I Odpojeniacute nastalo při

odebiacuteraneacutem proudu 447A Nastaveneacute hodnotě (13In ) naacuteležiacute proud 442A Tiacutem lze konstatovat

že vyacutesledek měřeniacute je srovnatelnyacute s hodnotami uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute

Stav proudoveacuteho podtiacuteženiacute nedostatečneacuteho proudoveacuteho zatiacuteženiacute použiacutevanyacute zejmeacutena u čerpadel

je simulovaacuten pomociacute dynamometru kdy je nastavenaacute hodnota poklesu aktuaacutelniacuteho proudu na

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 58

085In a čas odpojeniacute od siacutetě na 10s Po roztočeniacute a zatiacuteženiacute motoru na hodnotu jmenoviteacuteho

proudu jsou pomociacute dynamometru zvyšovaacuteny otaacutečky motoru n Tento proces maacute za naacutesledek

snižovaacuteniacute aktuaacutelniacuteho proteacutekaneacuteho proudu I kdy motor ztraacuteciacute zatiacuteženiacute Nastaveneacute hodnotě

podtiacuteženiacute odpoviacutedaacute aktuaacutelniacute proud 289A Při dosaženiacute teacuteto uacuterovně je spuštěn odpočet a motor za

10s odpojen

67 Vyhodnoceniacute a zaacutevěr

Vyacutesledkem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute technologiiacute pro diagnostiku

veličin při chodu trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru Při demonstračniacute simulaci ochran byly

dosaženy naacutesledujiacuteciacute vyacutesledky PTC ochrana vybavuje při hodnotě odporu 341kΩ Tato hodnota

odpoviacutedaacute teplotě ϑg = 136degC odečteneacute z grafu Vypočtenaacute teplota ϑ = 13626degC Vyacuterobce uvaacutediacute

zapůsobeniacute ochrany při hodnotě odporu v rozsahu 34-38kΩ Zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů L2 a

L3 proběhla okamžitaacute blokace spuštěniacute motoru Faacutezovaacute nesymetrie vybavila při poklesu napětiacute o

5 Ztraacutetou napaacutejeciacute faacuteze proběhlo odpojeniacute motoru v čase t = 15s Čas odpojeniacute odpoviacutedaacute třiacutedě

přetiacuteženiacute 5E kteraacute je nastavena

Při testu za použitiacute dynamometru bylo zjištěno že při zablokovaneacutem rotoru motoru zapůsobil

kontroleacuter při nastaveneacutem přetiacuteženiacute 3In Teacuteto hodnotě naacuteležiacute proud 102A Jelikož je nastavena

třiacuteda přetiacuteženiacute 5E ktereacute naacuteležiacute interval 15s a poteacute odpojeniacute motoru tak během tohoto okamžiku

vzrostla hodnota proudu na 1978A což odpoviacutedaacute 582In Při proudoveacutem přetiacuteženiacute odpoviacutedaly

vyacutesledky měřeniacute nastaveneacute hodnotě přetiacuteženiacute 13In Ve stavu proudoveacuteho podtiacuteženiacute zapůsobila

ochrana spraacutevně dle nastaveneacuteho poklesu proudu na 085In

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 29: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 29

26 Napaacutejeciacute zdroj

Pro napaacutejeniacute modulů UMC100 DX122 a VI150 sloužiacute zdroj typu CP-D 2413 Jednaacute se o

napaacutejeciacute zdroj kteryacute na sveacutem vyacutestupu dovoluje regulaci napětiacute 24-28V DC s toleranciacute plusmn 1

Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute je umožněna z důvodu připojeniacute modulů na dlouheacute vedeniacute kde

vznikajiacute uacutebytky napětiacute praacutevě vlivem deacutelky vedeniacute Zpravidla klesne-li na vedeniacute napětiacute od

jednoho zdroje na ktereacutem je nastaveno maximaacutelniacute vyacutestupniacute napětiacute pod minimaacutelniacute hodnotu

potřebnou pro napaacutejeniacute modulu je nutneacute použiacutet dalšiacute napaacutejeciacute zdroj Maximaacutelniacute proud zdroje je

Imax = 13A a jmenovityacute vyacutestupniacute vyacutekon 30W Tento typ zdroje je diacuteky svyacutem modulaacuterniacutem

rozměrům možneacute umiacutestit na DIN lištu (EN50022-35) [6]

Naacutesledujiacuteciacute zatěžovaciacute charakteristika znaacutezorňuje zaacutevislost svorkoveacuteho napětiacute zdroje na

odebiacuteraneacutem proudu pro teplotu T=25degC

Obr 214 Zatěžovaciacute charakteristika zdroje CP-D 2413[6]

Obr 215 Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 30

27 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

Tento modul poskytuje komunikaci pro FieldBusPlug zařiacutezeniacute jako je např UMC100

s počiacutetačem prostřednictviacutem siacutetě Ethernet K MTQ22 lze připojit až 4 zařiacutezeniacute pro uacutesporu

naacutekladů Naacutesledujiacuteciacute popis je vztažen k Obr 216 kde jsou znaacutezorněny jednotliveacute čaacutesti modulu

1 konektory s označeniacutem X1 až X4 sloužiacute pro připojeniacute až 4 zařiacutezeniacute FBP

2 LED diody pro signalizaci aktuaacutelniacuteho stavu komunikace

3 micro USB konektor s označeniacutem X5 pro připojeniacute a konfiguraci pomociacute PC

4 dvě RJ45 zaacutesuvky s označeniacutem E1 a E2 pro připojeniacute pomociacute Ethernetoveacuteho kabelu

5 konektor pro připojeniacute 24V DC napaacutejeciacuteho napětiacute nese označeniacute X6

Obr 216 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 31

OCHRANNEacute FUNKCE 3Kontroleacuter nabiacuteziacute velkeacute množstviacute ochrannyacutech funkciacute potřebnyacutech pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacuteho chodu

motoru Některeacute funkce jsou aktivniacute pouze po čaacutest běhu motoru typicky při startu motoru jineacute

po jeho rozběhu Naacutesledujiacuteciacute tabulka (Tab 31) nastiacuteniacute přehled nejdůležitějšiacutech ochran motoru a

čas kdy jsou aktivovaacuteny

Ochrannaacute funkce Aktivniacute

Při tepelneacutem přetiacuteženiacute Vždy

Při zablokovaneacutem rotoru Při startu motoru

Při proudoveacutem přetiacuteženiacute Po startu

Při proudoveacutem podtiacuteženiacute Po startu

Sled faacuteziacute Vždy

Při faacutezoveacute nesymetrii Vždy

Při ztraacutetě faacuteze Vždy

PTC ochrana Vždy

Při zemniacutem spojeniacute Vždy po spuštěniacute

Při napěťovyacutech špičkaacutech Vždy

Při harmonickeacutem zkresleniacute Vždy

Tab 31 Ochranneacute funkce [1]

Nastaveniacute parametrů jednotlivyacutech ochran probiacutehaacute pomociacute UMC100-PAN

31 Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute

UMC100 disponuje nastavitelnyacutem vypiacutenaacuteniacutem při tepelneacutem přetiacuteženiacute podle třiacuted 5E 10E 20E

30E a 40E viz Obr 31 Tyto třiacutedy uvaacutedějiacute poměr mezi aktuaacutelniacutem prochaacutezejiacuteciacutem proudem

motorem I a jmenovityacutem proudem motoru In uvedenyacutem na štiacutetku v zaacutevislosti na maximaacutelniacute době

rozběhu t

Třiacuteda 5E 10E 20E 30E 40E

t [s] 15 3 6 3 12

Tab 32 Třiacutedy přetiacuteženiacute a čas odpojeniacute

Lze hovořit o dvou typech rozběhu motoru

1 normaacutelniacute rozběh - do 10s

2 těžkyacute rozběh - viacutece jak 10s

Při rozběhu zatiacuteženeacuteho motoru se otaacutečky zvyšujiacute z nuloveacute hodnoty na jmenovitou přičemž

dochaacuteziacute k naacuterůstu proudu až na několikanaacutesobek jeho jmenoviteacute hodnoty Zpravidla u většiacutech

motorů byacutevaacute naacuterůst až 10In tudiacutež v tento bdquokritickyacuteldquo okamžik nesmiacute vybavit ochrana na tepelneacute

přetiacuteženiacute Rozběh motoru pro UMC končiacute při poklesu proudu I na hodnotu 135 proudu

jmenoviteacuteho In nebo při dosaženiacute jmenovityacutech otaacuteček nn Udaacutevaneacute časy představuje Tab 32

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 32

311 Určeniacute teploty vinutiacute a vypiacutenaciacute třiacutedy

Podle způsobu určeniacute teploty vinutiacute motoru se ochrany rozlišujiacute na proudově nezaacutevisleacute a

proudově zaacutevisleacute

Proudově nezaacutevisleacute ochrany měřiacute přiacutemo teplotu ve vinutiacute motoru pomociacute vhodneacuteho čidla

teploty zpravidla termistoru Tiacutemto způsobem lze zjistit nedovoleneacute otepleniacute způsobeneacute např

poruchou cirkulace vzduchu kterou proudově zaacutevislaacute ochrana neniacute schopna vyhodnotit

Proudově zaacutevisleacute ochrany vyhodnocujiacute teplotu vinutiacute motoru nepřiacutemo a to prostřednictviacutem

vyacutepočtoveacuteho modelu z provozniacuteho proudu motoru Zvyacutešeniacute provozniacuteho proudu motoru maacute za

naacutesledek otepleniacute ktereacute vede trvaacute-li delšiacute dobu k poškozeniacute nebo zničeniacute motoru Ochrana při

tepelneacutem přetiacuteženiacute ndash TOL chraacuteniacute motor před přehřaacutetiacutem Tepelnyacute model je vypočiacutetaacutevaacuten za chodu i

v klidu motoru a z těchto stavů se pak zjistiacute tepelnaacute kapacita Znalost teacuteto hodnoty vede

k maximalizaci produktivity Funkčnost tepleneacuteho modelu je v souladu s normou

Při použitiacute motoru pro cyklickeacute operace dochaacuteziacute ke schodoviteacutemu zvyšovaacuteniacute teploty motoru Je

zapotřebiacute volit spraacutevnyacute čas intervalu mezi cykly aby nedochaacutezelo k přehřaacutetiacute a zbytečneacutemu

poškozeniacute izolace vinutiacute motoru

Funkce Thermal load (tzv tepelnaacute zaacutetěž) hliacutedaacute poměr aktuaacutelniacuteho prochaacutezejiacuteciacuteho proudu I a

jmenoviteacuteho proudu In motoru Jakmile poměr IIn přesaacutehne 100 začiacutenaacute odpočet TTT a motor

bude odpojen po uplynutiacute nastaveneacute periody Možnost opětovneacuteho spuštěniacute přetiacuteženeacuteho motoru

proběhne po jeho vychladnutiacute To je možneacute nastavit dvěma způsoby [1]

1 Ručně nastavenou periodou během ktereacute je motor blokovaacuten proti spuštěniacute

(ovlivňovaacuteno velikostiacute motoru teplotou prostřediacute kde je motor použit zda je vybaven

ventilaacutetorem či neniacute apod)

2 Nastaveniacutem procentuaacutelniacute hodnoty tepelneacute kapacity do ktereacute nebude moci obsluha

motor spustit (při nastaveniacute 50 nedojde k odblokovaacuteniacute ochrany pokud neklesne

tepelnaacute kapacita pod zadanou hodnotu)

Určeniacute vypiacutenaciacute třiacutedy je představeno na naacutesledujiacuteciacutem přiacutekladu

Maacuteme-li trojfaacutezovyacute asynchronniacute motor o vyacutekonu 22kW poměr IIn = 5 a maximaacutelniacute dobu

rozběhu to = 10s Z přiloženeacuteho grafu vypiacutenaciacutech třiacuted pro studenyacute motor určiacuteme požadovanou

třiacutedu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 33

Obr 31 Vypiacutenaciacute třiacutedy pro UMC100-FBP[1]

Z vyacutesledku je patrneacute že motor budeme vypiacutenat proti přetiacuteženiacute podle třiacutedy 5E jelikož křivka

pro 5E je pod maximaacutelniacute dobou rozběhu to = 10s Pokud by došlo ke zvoleniacute např třiacutedy 10E

hrozilo by poškozeniacute motoru jelikož by na motor působilo přetiacuteženiacute delšiacute dobu než je tomu

dovoleno [10]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 34

32 Ochrana při zablokovaneacutem rotoru

V okamžiku připojeniacute motoru na napaacutejeciacute siacuteť se rotor neotaacutečiacute (n = 0 s = 1) Motor je ve

stavu nakraacutetko a jeho proud je omezen pouze ohmickyacutemi odpory a rozptylovyacutemi reaktancemi

vinutiacute Zaacuteběrnyacute proud I1z dosahuje většinou 4 až 10 x většiacutech hodnot než proud jmenovityacute In

Určit velikost tohoto proudu je možneacute ze vztahu 321

radic

kde

U1 - Vstupniacute napětiacute

R1 - Odpor primaacuterniacuteho vinutiacute

Xr1 - Reaktance statoroveacuteho vinutiacute

Xrsquor20 - Reaktance zabrzděneacuteho rotoru

Rlsquo2s - Celkovyacute činnyacute odpor rotoru

RFe - Činnyacute odpor magnetickeacuteho obvodu

Xm - Reaktance magnetickeacuteho obvodu

I1z - Zaacuteběrnyacute proud

Obr 32 Obvodovyacute model asynchronniacuteho motoru pro jednu faacutezi statoroveacuteho vinutiacute ndash nakraacutetko

Velkyacute zatěžovaciacute moment Mz nebo mechanickaacute porucha může zapřiacutečinit zablokovaacuteniacute rotoru

Ochrannaacute funkce detekuje dlouhou počaacutetečniacute situaci kteraacute je praacutevě důsledkem zmiacuteněnyacutech přiacutečin

UMC100 tiacutemto odpojiacute motor od napaacutejeniacute čiacutemž ho ochraacuteniacute od nadměrneacuteho tepelneacuteho namaacutehaacuteniacute

V uživatelskeacutem prostřediacute je možneacute individuaacutelně nastavit jak maximaacutelniacute proud tak i čas po

ktereacutem dojde k odpojeniacute zablokovaneacuteho motoru Pro experimentaacutelniacute použitiacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy je nastavena hodnota poměru pro odpočet a naacutesledneacute odpojeniacute IIn na 300 [1] [9]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 35

33 Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute zabezpečiacute odpojeniacute motoru vyskytne-li se v obvodu většiacute

hodnota proudu než nastavenaacute jmenovitaacute In Bliacuteže tuto funkci představiacute přiloženyacute průběh Funkce

je aktivniacute až po roztočeniacute motoru v okamžiku rozběhu je neaktivniacute

Princip ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Do okamžiku T1 od zapnutiacute klesne zaacuteběrnyacute proud na hodnotu cca Ix = 135 In V časoveacutem

uacuteseku T1 až T2 dochaacuteziacute k naacuterůstu prochaacutezejiacuteciacuteho proudu motorem V okamžiku T2 překročiacute

proud hodnotu Ivar Tiacutemto okamžikem začne odpočet nastaveneacute doby zpožděniacute tvar kteraacute po

uplynutiacute sepne signalizaci varovaacuteniacute nadproudoveacuteho přetiacuteženiacute Odpočet doby tvar narůstaacute je-li

proud motorem I gt Ivar Jakmile proud I ge Iodp dochaacuteziacute k sepnutiacute čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute todp

Platiacute-li podmiacutenka I ge Iodp a dojde k načteniacute hodnoty todp UMC100 odpojiacute motor od napaacutejeniacute a tiacutem

zabraacuteniacute jeho poškozeniacute

Obr 33 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu přetiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash dosaženiacute vysokeacute proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash dosaženiacute hodnoty proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

34 Ochrana při proudoveacutem podtiacuteženiacute

Jakmile hodnota (činneacuteho) proudu klesne pod nastavenou uacuteroveň kteraacute je pro danyacute proces

typickaacute dojde v UMC100 k vybaveniacute ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a motor odpojiacute od

napaacutejeniacute Tato ochrana se předevšiacutem využiacutevaacute pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacute funkce čerpadla když detekuje

ztraacutetu jeho saacuteniacute či pro paacutesoveacute dopravniacuteky ve vyacuterobniacutech provozech Včasneacute varovaacuteniacute a odpojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 36

motoru snižuje zejmeacutena prostoje vyacuteroby Princip varovaacuteniacute a odpojeniacute je představen na

naacutesledujiacuteciacutem průběhu jak tomu bylo u ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Princip ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute zobrazeneacuteho průběhu

Po poklesu aktuaacutelniacuteho proudu v okamžiku T1 motor normaacutelně běžiacute V časoveacutem uacuteseku T1 až

T2 dochaacuteziacute k poklesu proudu pod jmenovitou hodnotu In až na nastavenou hodnotu Ivar Při

dosaženiacute teacuteto hodnoty začne odpočet varovaacuteniacute proudoveacuteho podtiacuteženiacute Nepřesaacutehne-li proud za

dobu kratšiacute než tvar mez Ivar (tzn nevzroste-li se zpět k In) dojde ke spuštěniacute signalizace

proudoveacuteho podtiacuteženiacute Při pokračujiacuteciacutem poklesu proudu jak je patrneacute v časoveacutem intervalu T2-T3

až na mez Iodp dojde k čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute Při překročeniacute nastaveneacute doby todp a za

podmiacutenky že proud I le Iodp UMC100 motor odpojiacute od napaacutejeciacute siacutetě

Obr 34 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash niacutezkaacute proudovaacute uacuteroveň kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash hodnota proudu kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

Popis funkce ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute blokoveacuteho scheacutematu

Signaacutel Istart představuje hodnotu proudu po startu motoru- log 1(tzn Signalizace motoru v

chodu) Tento signaacutel tvořiacute vstup logickeacuteho hradla AND (1) Funkci tohoto hradla znaacutezorňuje

přiloženaacute tabulka Tab 33 Druhyacute vstup signalizuje aktuaacutelniacute hodnotu proudu kteraacute motorem

proteacutekaacute Je-li proud IltIvar detekuje hradlo AND druhou logickou jedničku a hradlo vybaviacute podle

přiloženeacute tabulky Tento signaacutel z hradla aktivuje časovač zpožděniacute varovaacuteniacute Po uplynutiacute

nastaveneacuteho časoveacuteho uacuteseku signalizuje podtiacuteženiacute Dochaacuteziacute-li staacutele k poklesu proudu až do

uacuterovně kdy IltIodp pak na druheacutem logickeacutem hradle AND (2) budou na vstupu log 1 Sepne

čiacutetaacuteniacute zpožděniacute vypnutiacute a po uplynutiacute doby UMC motor vypne

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 37

Obr 35 Blokoveacute scheacutema ochrany proti proudoveacutemu podtiacuteženiacute [1]

Vstup Vyacutestup

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

Tab 33 Princip funkce logickeacuteho hradla AND

341 Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek

Při chodu asynchronniacuteho motoru odebiacuteraacute stroj ze siacutetě jalovyacute proud kteryacute je potřebnyacute pro

vytvořeniacute magnetizace hlavniacuteho magnetickeacuteho obvodu Tento tzv magnetizačniacute proud je

nezaacutevislyacute na zatiacuteženiacute stroje Uplatněniacute nalezne zejmeacutena při chodu napraacutezdno a maleacutem zatiacuteženiacute

kdy je uacutečiniacutek motoru niacutezkyacute Motor maacute tedy nejleacutepe pracovat při plneacutem zatiacuteženiacute[11]

Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek jsou důležiteacute parametry pro detekovaacuteniacute niacutezkeacute zaacutetěže nebo situace bez

zaacutetěže např uzavřenyacute ventil Pomociacute napěťoveacuteho modulu VI15x a UMC je měřeno sdruženeacute

(faacutezoveacute) napětiacute faacutezovyacute proud čili i faacutezovyacute posuv mezi proudem a napětiacutem - cos φ Pomociacute těchto

parametrů je UMC schopneacute analogicky spočiacutetat hodnotu činneacuteho přiacutekonu

radic

Poklesne-li poteacute činnyacute přiacutekon pod nastavenou procentuaacutelniacute hodnotu P (př 85 Pn) motor vypne

tj bude-li PPn le 085

Experimentaacutelniacutem měřeniacutem v raacutemci laboratorniacute uacutelohy byla pomociacute přiacutestroje Yokogawa WT1800

změřena zaacutevislost uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute motoru Z vyacutesledneacuteho grafu (Obr 37) je

patrneacute že se snižovaacuteniacutem zatiacuteženiacute rotoru klesaacute velikost uacutečiniacuteku Naměřeneacute hodnoty pro konstrukci

grafu jsou uvedeny v přiacuteloze

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 38

Obr 36 Charakteristiky asynchronniacuteho motoru při zatiacuteženiacute [11]

Obr 37 Graf zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti P2

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

01

02

03

04

05

06

07

08

09

0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000

P1 [

W]

cos

ϕ [

-]

P2 [W]

P2 P1 Q1

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 39

35 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

Princip ochrany

Je-li poměr nejnižšiacuteho proudu (Imin) a nejvyššiacuteho proudu (Imax) ve faacuteziacutech nad nastavenou

uacuterovniacute pro varovaacuteniacute sepne signalizace ztraacutety faacuteze Jakmile ovšem tento poměr překročiacute

nastavenou hodnotu pro odpojeniacute motoru sepne zpožděniacute vypnutiacute a podle nastaveneacute třiacutedy

přetiacuteženiacute motor po uplynutiacute časoveacuteho intervalu odpojiacute

Funkce faacutezoveacute nesymetrie je aktivniacute pouze tehdy je-li proud ve všech třech faacuteziacutech gt 25 In

(jmenoviteacuteho proudu) [1]

Naacutesledujiacuteciacute rovnice představuje vyacutepočet procentuaacutelniacuteho poměru proudu pro vypnutiacute motoru při

uacuteplneacute ztraacutetě faacuteze

(

)

36 Ochrana sledu faacuteziacute

Ochrana sledu faacuteziacute hliacutedaacute zejmeacutena spraacutevnyacute směr otaacutečeniacute motoru Důležiteacute pro použitiacute teacuteto

ochrany je miacutesto zapojeniacute napěťoveacuteho modulu VI15x Pokud by byl modul zapojen za stykači

nastala by chyba při reverzniacutem zapojeniacute Na stykačiacutech dochaacuteziacute zapojeniacutem k zaacuteměně dvou

faacutezovyacutech vodičů a tiacutem i změně směru otaacutečeniacute motoru UMC s pomociacute VI150 vyhodnotiacute situaci

jako chybovou a vypne motor Napěťovyacute modul se tedy zpravidla umiacutesťuje hned za hlavniacute jistiacuteciacute

prvek viz Obr 44

37 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Jedno z největšiacutech nebezpečiacute pro motor představuje ztraacuteta jedneacute napaacutejeciacute faacuteze Chod na 2

napaacutejeciacute faacuteze zatěžuje motor na tepelneacute uacutečinky proudu vlivem zvyacutešeniacute proudu ve zbylyacutech 2

faacuteziacutech UMC100 v tomto přiacutepadě vypiacutenaacute motor podle předem stanovenyacutech časovyacutech intervalů

Intervaly vypnutiacute jsou stejneacute jako pro ochranu proti proudoveacutemu přetiacuteženiacute (Tab 32) a

odpoviacutedajiacute nastaveneacute třiacutedě přetiacuteženiacute Tuto ochranu dřiacuteve zajišťovalo tepelneacute releacute ktereacute v tomto

přiacutepadě nemusiacute byacutet použito

38 PTC ochrana

381 Termistor

Termistor je polovodičovyacute nelineaacuterniacute dvojpoacutel jehož odpor se měniacute v zaacutevislosti na teplotě

prostřediacute ve ktereacutem pracuje Jeho vyacutehodou je že velmi rychle a citlivě reaguje na změnu teploty

Rozlišujeme zpravidla 2 druhy termistorů

1 NTC (Negative Temperature Coefficient) - termistor se zaacutepornyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou klesaacute jeho odpor (roste elektrickaacute vodivost a proud)

2 PTC (Positive Temperature Coefficient) ndash termistor s kladnyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou jeho odpor roste

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 40

Obr 38 Zaacutevislost odporu termistoru na teplotě

Použitiacute termistorů

NTC termistory se použiacutevajiacute zpravidla k měřeniacute teploty PTC se nejčastěji využiacutevaacute

v kuchyňskyacutech spotřebičiacutech kde je požadovaacutena konstantniacute teplota v termostatech a pro hliacutedaacuteniacute

teploty vinutiacute motorů

382 Princip PTC ochrany v UMC

Ochrana obecně spadaacute do skupiny proudově nezaacutevislyacutech ochran Pro připojeniacute PTC

termistoru sloužiacute na UMC100 svorky s označeniacutem T1 a T2 PTC zvyšuje svůj odpor s rostouciacute

teplotou proto je možneacute ho použiacutet pro hliacutedaacuteniacute teploty např vinutiacute statoru UMC je schopneacute

vyhodnotit tuto změnu odporu a vydaacute signaacutel k odpojeniacute motoru od siacutetě [7]

39 Ochrana při zemniacutem spojeniacute

Ochrana při zemniacutem spojeniacute spočiacutevaacute v ochraně motoru siacutetě a technologie při nežaacutedouciacutech

vlivech způsobenyacutech zejmeacutena staacuternutiacutem izolace a jejiacutem zhoršenyacutem izolačniacutem uacutečinkem

Naacutesledkem přetěžovaacuteniacute vedeniacute vlhkostiacute kondenzaciacute vody v elektrickeacutem zařiacutezeniacute nebo vrstvou

vodiveacuteho prachu jsou praacutevě zhoršeneacute vlastnosti izolačniacuteho materiaacutelu To vede k nechtěneacutemu

zemniacutemu spojeniacute Zemniacute spojeniacute je monitorovaacuteno pomociacute UMC spolu se zařiacutezeniacutem CEM11 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 41

DEMONSTRAČNIacute PŘIacutePRAVEK 4

41 Naacutevrh přiacutepravku

Pro demonstraci UMC100 a dalšiacutech prvků řady produktů od společnosti ABB sro byl

navržen přiacutepravek pomociacute software AutoCAD a Inventor Professional kteryacute byl poteacute zrealizovaacuten

a oživen Nosnaacute konstrukce (Obr 41) je vyrobena z jӓckelu o rozměru 25x25mm

Obr 41 Nosnaacute konstrukce

Čelniacute panel tvořiacute plech s rozměry 500x400mm a tloušťky 2mm Plech je osazen

rozvaděčovyacutemi kanaacutely 25x60mm a všemi potřebnyacutemi komponentami pro realizaci zapojeniacute

Vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho panelu s otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky a ovlaacutedaciacute tlačiacutetka motoru je na

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

Seznam použityacutech komponent Vyacuterobce

3-poacutelovyacute jistič C16 OEZ

Pojistkoveacute pouzdro RSP 4 Elektro Bečov

Komunikačniacute modul MTQ22-FBP ABB

Motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP ABB

Napěťovyacute modul VI150-FBP ABB

Rozšiřovaciacute modul DX122-FBP ABB

Ministykač LC1K09(LC1K12) Schneider Electric

Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A ABB

Rozvaděčovyacute kanaacutel 25x60mm KOPOS

Přiacutestrojoveacute zdiacuteřky 4mm do panelu AMASS

Tlačiacutetka do panelu 250V1A JIETONG

Tab 41 Seznam použityacutech komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 42

Pro konstrukci je důležiteacute aby navrženyacute panel rozměrově odpoviacutedal všem potřebnyacutem přiacutestrojům

a modulům Pro tuto přiacuteležitost je pomociacute software AutoCAD vytvořen vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho

panelu Obr 43 kteryacute je konstruovaacuten

Navrženyacute nosnyacute plech tloušťky 2mm na ktereacutem jsou umiacutestěny veškereacute komponenty Obr 42

Ve vrchniacute polovině plechu jsou vyvrtaacuteny otvory o průměru 4mm sloužiacuteciacute pro uchyceniacute

rozvaděčoveacuteho kanaacutelu a DIN lišty Ve středniacute čaacutesti plechu jsou 4 průvlečneacute otvory určeneacute k

průchodu vodičů ze zadniacute čaacutesti plechu (od napaacutejeciacutech svorek) do rozvaděčoveacuteho kanaacutelu na straně

předniacute Pro tuto potřebu jsou stejneacute otvory vyvrtaacuteny takeacute do dna kanaacutelu Ve spodniacute čaacutesti jsou

otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky pomociacute kteryacutech je zajištěno napaacutejeniacute panelu a poteacute napaacutejeniacute motoru

a 3 otvory na ovlaacutedaciacute tlačiacutetka k zajištěniacute ovlaacutedaacuteniacute motoru Uchyceniacute plechu k nosneacute konstrukci

je provedeno samořeznyacutemi šroubky M5 v roziacutech plechu

Obr 42 Naacutevrh plechu panelu

Vyacutekres plechu s udaacuteniacutem koacutet je obsažen v přiacuteloze praacutece viz Obr 01

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 43

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 44

42 Scheacutema zapojeniacute přiacutepravku

Demonstračniacute panel je uzpůsoben pro reverzniacute chod trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 44 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho přiacutepravku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 45

43 Vyacuteslednyacute přiacutepravek

Vyacuteslednyacute osazenyacute a zapojenyacute přiacutepravek určenyacute pro laboratorniacute uacutelohu doplněnyacute vhodnyacutemi

štiacutetky pro ovlaacutedaacuteniacute a zapojeniacute napaacutejeciacute siacutetě (VSTUP) a motoru (VYacuteSTUP)

Obr 45 Demonstračniacute přiacutepravek

Zadniacute čaacutest panelu s izolovaacuteniacutem konektorů FASTON pomociacute teplem smrštitelneacute bužiacuterky před

nebezpečnyacutem dotykem živeacute čaacutesti

Obr 46 Zadniacute pohled

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 46

44 Demonstračniacute kufr pro ABB

Pro společnost ABB sro byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 prezentujiacuteciacute

jeho možnosti Zaacutekladniacutem požadavkem naacutevrhu bylo řešeniacute pomociacute jednofaacutezoveacuteho napaacutejeniacute

Jelikož UMC100 je uzpůsobeno pro chod trojfaacutezovyacutech motorů je použit frekvenčniacute měnič

ACS50 kteryacute nabiacuteziacute při napaacutejeniacute pomociacute jednofaacutezoveacute siacutetě na sveacutem vyacutestupu napětiacute 3x230V50Hz

Pro digitaacutelniacute vstupy UMC100 a rozšiřovaciacuteho modulu DX111 je navrženo použitiacute dvoupoacutelovyacutech

paacutečkovyacutech přepiacutenačů s funkciacute (ON)-OFF-ON s napětiacutem 24V DC K signalizaci aktivniacutech vstupů

a vyacutestupů je navrženo použitiacute zelenyacutech signaacutelek Ovlaacutedaciacute panel kufru obsahuje spiacutenače pro

simulaci ztraacutety napaacutejeciacute faacuteze motoru potenciometr k simulaci faacutezoveacute nesymetrie daacutele červenou

signaacutelku pro signalizaci poruchovyacutech stavů a žlutou pro chod motoru Všechny přepiacutenače a

signaacutelky jsou přiacutestupneacute uživateli prostřednictviacutem navrženeacuteho ovlaacutedaciacuteho panelu kteryacute současně

posloužiacute jako kryt kufru (Obr 02) Jelikož pro přenosnyacute kufr neniacute nejvhodnějšiacute použitiacute

asynchronniacuteho motoru je proto použit 6-poacutelovyacute synchronniacute motor s přiacutekonem 23VA

vyacutestupniacutem vyacutekonem 105W a jmenovityacutem proudem 100mA

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 47

Obr 47 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho kufru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 48

SIMULACE OCHRAN 5Kapitola obsahuje soupis simulaciacute ochran ktereacute jsou demonstrovaacuteny v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jež se zabyacutevaacute problematikou UMC100 Z širokeacute škaacutely ochran jsou vybraacuteny 4 situace ktereacute

se v průmyslu často vyskytujiacute

51 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

K nasimulovaacuteniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii je použit posuvnyacute potenciometr kteryacute je

připojen na svorky (12) Pomociacute potenciometru bude snižovaacutena velikost napětiacute na přiacutevodniacute faacutezi

do motoru (L1) Pro demonstraci ochrany je použit napěťovyacute modul VI150 spolu s UMC100 Na

svorky modulu označeneacute (L1L2 a L3) jsou přivedeny faacuteze v uvedeneacutem sledu Při zvyšovaacuteniacute

odporu rezistoru ve faacutezi dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute napětiacute na přiacutevodniacute svorce (L1) vlivem rostouciacuteho

uacutebytku napětiacute na daneacutem rezistoru Je-li napěťovyacute modul propojen vodičem s UMC a je-li spraacutevně

nastaven UMC vyhodnotiacute po určiteacutem poklesu napětiacute a naacuterůstu proudu ve zbylyacutech dvou faacuteziacutech

(L2 a L3) jako chybovou a vybaviacute Nejprve bude vybaveno varovaacuteniacute a poteacute dojde k odpojeniacute

motoru

52 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze je motor vystaven vysokeacutemu riziku což většinou vede k jeho

zničeniacute Demonstrace ochrany proběhne uacuteplnyacutem odpojeniacutem napaacutejeciacute faacuteze L2 Pro vybaveniacute

ochrany neniacute zapotřebiacute aby byl motor v chodu neboť použitiacute napěťoveacuteho modulu VI150

detekuje nepřiacutetomnost napětiacute faacuteze a vybaviacute Při chodu motoru ochrana vybaviacute od 15s pro třiacutedu

5E a do 12s pro 40E podle nastaveneacute třiacutedy přetiacuteženiacute viz Tab 32 Princip funkce při chodu

motoru spočiacutevaacute v porovnaacuteniacute nejvyššiacute a nejnižšiacute naměřeneacute hodnoty faacutezoveacuteho proudu s

nastavenyacutemi uacuterovněmi Vyacutehodou je že signalizuje varovaacuteniacute ještě před samotnyacutem spuštěniacutem

motoru kdy může nastat stav že je přepaacutelena pojistka a obsluha toto nezaznamenala Mimo

přepaacuteleneacute pojistky se může takeacute jednat o uvolněnyacute nebo opotřebenyacute kontakt

53 Ochrana sledu faacuteziacute

Pro spraacutevnyacute chod motoru a diagnostiku pomociacute kontroleacuteru s použitiacutem napěťoveacuteho modulu je

zapotřebiacute dodržet sled faacuteziacute tzn Faacutezovyacute vodič L1rarrsvorka L1 L2 rarrsvorka L3 a L3rarrsvorka L3

Při zaacuteměně některyacutech faacutezovyacutech vodičů neprodleně vybaviacute ochrana sledu faacuteziacute a neniacute dovoleno

spuštěniacute motoru do okamžiku dokud neniacute obsluhou tento probleacutem vyřešen

54 PTC ochrana

Pro vyhodnocovaacuteniacute teploty vinutiacute statoru motoru sloužiacute termistor PTC Při zvyacutešeniacute teploty

nastaacutevaacute zvyacutešeniacute odporu termistoru (viz Obr 38) a motor odpojiacute Udaacutevanaacute odezva UMC na

změnu odporu je v rozmeziacute R = 34-38kΩ

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 49

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany

Z důvodu ochrany motoru neniacute vhodneacute vystavovat motor zvyacutešeneacute teplotě pro nastiacuteněniacute funkce

PTC ochrany Pro tento uacutečel posloužiacute zhotovenyacute box osazenyacute lineaacuterniacutem potenciometrem

s hodnotou odporu 25kΩ jemuž jsou předřazeny odpory 1kΩ a 330Ω

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 50

LABORATORNIacute UacuteLOHA 6

61 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100

Uacutekolem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute řiacutediacuteciacute a kontrolniacute jednotkou pro

provoz trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru UMC100

Motorovyacute kontroleacuter nabiacuteziacute 3 releacuteoveacute vyacutestupy Tyto vyacutestupy jsou připojitelneacute na napětiacute 230V AC s

maximaacutelniacutem proudem 1A Releacuteoveacute vyacutestupy sloužiacute zejmeacutena pro připojeniacute budiacuteciacutech ciacutevek stykačů

Hlavniacute vstupy jsou tvořeny seacuteriiacute svorek jež je umiacutestěnaacute ve spodniacute čaacutesti kontroleacuteru Svorky nesou

označeniacute (DI0 DI1 hellip DI5) Tyto digitaacutelniacute vstupy pracujiacute s napětiacutem 24V DC a sloužiacute pro

připojeniacute ovlaacutedaciacutech tlačiacutetek jako start motoru stop motoru reverzaci rozběh hvězda-trojuacutehelniacutek

nebo např použitiacute vstupu pro koncovyacute spiacutenač pro připojeniacute pomocnyacutech kontaktů stykačů či

funkci aktuaacutetor kdy je ovlaacutedaacuten pohon ventilu Vše podle nastaveniacute uživatele a pracovniacuteho

procesu Vedle hlavniacutech vstupniacutech kontaktů se nachaacuteziacute takeacute jeden vyacutestupniacute s označeniacutem (DO3)

Tento digitaacutelniacute vyacutestup lze využiacutet k připojeniacute 24V DC signalizačniacute kontrolky pro chybovaacute hlaacutešeniacute

modulu UMC100 nabiacuteziacute integrovanyacute vstup pro připojeniacute PTC termistoru Diacuteky PTC jsme

schopni hliacutedat teplotu statoroveacuteho vinutiacute a předejiacutet tiacutem zaacutevažneacutemu poškozeniacute motoru

Hlavniacute obvod

Měřeniacute proudu faacutezovyacutemi vodiči je řešeno pomociacute 3 průvlečnyacutech ok integrovanyacutech v modulu

Tato průvlečnaacute oka jsou měřiacuteciacutemi transformaacutetory proudu navinutyacutemi na toroidniacutem jaacutedře Diacuteky

těmto transformaacutetorům je kontroleacuter schopnyacute měřit proud v rozsahu 024 až 63A Pro vyššiacute

hodnoty proudů až 850A se použiacutevaacute externiacute proudovyacute transformaacutetor

Možnost rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru

UMC se v průmyslovyacutech aplikaciacutech nejčastěji použiacutevaacute s využitiacutem napěťoveacuteho a rozšiřovaciacuteho

(vstupně-vyacutestupniacuteho) modulu Pro laboratorniacute uacutelohu je použit napěťovyacute modul VI150 a

rozšiřovaciacute modul DX122 jenž jsou připojeny k UMC pomociacute UMCIO-CAB přes svorky

s označeniacutem Ca a Cb

Napěťovyacute modul VI150

K demonstraci kontroleacuteru je použit modul s označeniacutem VI150 Zařiacutezeniacute disponuje konektory pro

připojeniacute faacutezovyacutech vodičů (L1 L2 a L3) a je schopneacute měřit hodnotu sdruženeacuteho napětiacute siacutetě

S naměřenyacutemi hodnotami faacutezoveacuteho proudu pomociacute UMC dostaacutevaacuteme takeacute hodnotu faacutezoveacuteho

posuvu mezi napětiacutem a proudem tedy uacutečiniacuteku cos φ Z těchto naměřenyacutech parametrů vypočiacutetaacute

řiacutediacuteciacute jednotka kontroleacuteru činnyacute přiacutekon Ovšem pro spraacutevnou detekci napětiacute je nutneacute dodržet

zapojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 51

Vstupně-vyacutestupniacute modul DX122

Modul umožňuje rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru o dalšiacutech 8 digitaacutelniacutech vstupů na napětiacute 110-230V AC 4

releacuteoveacute vyacutestupy a 1 analogovyacute vyacutestup Pomociacute programu ABB Asset Vision Basic je možneacute

přiacutemeacute přiřazeniacute parametrů a programovaacuteniacute UMC100 a takeacute všech zařiacutezeniacute kteraacute jsou vybavena

DTM (Device Type Manager)- naacutestroj pro konfiguraci a spraacutevu zařiacutezeniacute

Komunikačniacute modul MTQ22

O komunikaci mezi UMC a PC se staraacute modul MTQ22 V software vytvořeneacutem pomociacute

vyacutevojoveacuteho prostřediacute LabVIEW lze sledovat aktuaacutelniacute měřeneacute veličiny zobrazenaacute varovaacuteniacute

poruchovyacutech stavů informace o stavu vstupů a vyacutestupů apod

Napaacutejeciacute zdroj

Napaacutejeniacute modulů zajišťuje zdroj CP-D 2413A s regulaciacute vyacutestupniacuteho napětiacute Regulace je možnaacute

v rozpětiacute 24-28V DC Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute zdroje je umožněna z důvodu požadavku

přesneacuteho napětiacute 24V DC Vlivem zatiacuteženiacute (napaacutejeniacute UMC VI a DX) vyacutestupniacute napětiacute zdroje klesaacute

podle zatěžovaciacute charakteristiky přiacuteslušneacuteho zdroje CP-D sloužiacute takeacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacutech

vstupů UMC

Ochranneacute funkce

UMC nenabiacuteziacute pouze možnost měřeniacute faacutezoveacuteho proudu ale takeacute řadu ochran při poruchovyacutech

stavech provozu Nejčastěji v praxi využiacutevanaacute ochrana je ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute kteraacute

je doprovaacutezena varovnou signalizaciacute nastaacutevajiacuteciacute poruchy

Ochrana motoru při proudoveacutem podtiacuteženiacute pracuje na obdobneacutem principu jako předchoziacute ochrana

Kontroleacuter monitoruje hladinu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu Při jeho poklesu pod nastavenou

uacuteroveň maximaacutelniacuteho dovoleneacuteho poklesu (udaacutevaneacute relativně v k jmenoviteacutemu In) dochaacuteziacute k

signalizaci chyby a odpojeniacute motoru od siacutetě

PTC ochrana spočiacutevaacute v hliacutedaacuteniacute teploty statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru pomociacute PTC

termistoru V našem přiacutepadě je použito lineaacuterniacuteho potenciometru kdy se zvyšujiacuteciacutem se odporem

potenciometru simulujeme zvyšujiacuteciacute se teplotu statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru

Při ztraacutetě některeacute napaacutejeciacute faacuteze motoru dochaacuteziacute k okamžiteacutemu blokovaacuteniacute startu motoru

Ochrana sledu faacuteziacute zajistiacute spraacutevneacute zapojeniacute vodičů L1 L2 a L3 ktereacute je slučitelneacute s nastaveniacutem v

UMC

Vlivem přerušovaneacuteho provozu např S3 kdy nedochaacuteziacute v době klidu a odpojeniacute motoru k

poklesu teploty na teplotu okoliacute může vybavit Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute - Thermal

Overload Protection (TOL)

Zablokovaniacute rotoru byacutevaacute způsobeno přiacuteliš vysokyacutem zaacutetěžnyacutem momentem Mz na hřiacutedeli motoru

nebo mechanickou poruchou Kontroleacuter je při startu schopen detekovat tento stav

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 52

62 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute uacutelohy a scheacutema zapojeniacute panelu

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 53

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 54

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha

Štiacutetek použiteacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 64 Štiacutetek motoru

63 Popis scheacutematu zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

Na vstupniacute svorky s označeniacutem VSTUP (L1 L2 L3 N PE) jsou přivedeny přiacuteslušneacute vodiče

z pracovniacuteho stolu Hlavniacute 16A jistič s vypiacutenaciacute charakteristikou typu C sloužiacute pro jištěniacute siloveacute

čaacutesti obvodu Pro jištěniacute napaacutejeciacuteho zdroje CP-D sloužiacute tavnaacute pojistka 2T250V Napěťoveacute

vstupy na modul VI150 jsou jištěny tavnou pojistkou F125250V Posuvnyacute potenciometr

umiacutestěnyacute na faacutezoveacutem vodiči L1 sloužiacute k demonstraci ochrany při faacutezoveacute nesymetrii

Komunikačniacute modul MTQ22 zajišťuje komunikaci mezi UMC a PC kdy prostřednictviacutem

Ethernetoveacute siacutetě jsme schopni čiacutest měřeneacute veličiny

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 55

64 Pracovniacute postup

1 Seznamte se s kontroleacuterem UMC100 a ostatniacutemi komponenty použityacutemi pro laboratorniacute

uacutelohu a se scheacutematem zapojeniacute uacutelohy

2 Připojte elektromotor a vstupniacute svorky na přiacuteslušneacute zdiacuteřky Před připojeniacutem vyacutekonoveacuteho

potenciometru ověřte měřeniacutem jeho minimaacutelniacute a maximaacutelniacute hodnotu odporu a

poznamenejte si je

3 Připojte potenciometr na určeneacute zdiacuteřky označeneacute čiacutesly 1 a 2 a nastavte hodnotu odporu

4 Po kontrole zapojeniacute vyučujiacuteciacutem zapněte pracoviště a nastavte autotransformaacutetor na 100

vyacutestupniacuteho napětiacute Zapněte hlavniacute jistič Kontrola a nastaveniacute komunikace mezi UMC

DX a VI

Nastaveniacute Komunikace se provede přes LCD displej naacutesledujiacuteciacutem způsobem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on

5 Stiskem tlačiacutetka VPŘED nebo VZAD na panelu uvedeme motor do chodu Pro přechod

z jednoho směru do druheacuteho je nutneacute nejprve zastavit motor tlačiacutetkem STOP Při

zastaveniacute je kontroleacuterem motor blokovaacuten po dobu 3s před dalšiacutem spuštěniacutem z důvodu

doběhu motoru Pohybem tlačiacutetek nahoru dolů pomociacute LCD v hlavniacute nabiacutedce - UMC -

můžeme sledovat aktuaacutelniacute proud motoru sdruženeacute napětiacute odebiacuteranyacute přiacutekon ze siacutetě

uacutečiniacutekhellip

6 Při provaacuteděniacute uacutelohy na brzdě (dynamometru) ověřte funkci ochrany při zablokovaacuteniacute

rotoru funkci ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a proudoveacutem přetiacuteženiacute

7 Při vybaveniacute každeacute z ochran zaznamenejte hodnotu kdy vypnula Před novyacutem startem je

důležiteacute přečiacutest zaacuteznam důvodu poruchy a proveacutest reset na panelu UMC100-PAN jinak je

START blokovaacuten

65 Měřeniacute

OCHRANA PŘED PŘEHŘAacuteTIacuteM MOTORU

Potenciometrem označenyacutem PTC je zvyšovaacutena hodnotu odporu do okamžiku kdy dojde

k odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě zapůsobeniacutem PTC ochrany Hodnota odporu potenciometru

při vybaveniacute ochrany je určena měřeniacutem na 341kΩ Odpoviacutedajiacuteciacute hodnotu teploty motoru

odečteme z grafu a hodnoty odporu potenciometru při vypnutiacute

Do tabulky zapište změřenou hodnotu odporu potenciometru při vypnutiacute Při teacuteto hodnotě odporu

odečtěte teplotu motoru z grafu Ziacuteskanou teplotu porovnejte s vypočtenou teplotou motoru

Tabulka naměřenyacutech a vypočtenyacutech hodnot

R ϑg R0 ϑ

[Ω] [degC] [Ω] [degC]

3410 136 1320 13626

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 56

Vyacutepočet vychaacuteziacute ze vztahu pro zaacutevislost elektrickeacuteho odporu vodiče na teplotě

(651)

kde

(652)

Po uacutepravě pak

α - teplotniacute součinitel elektrickeacuteho odporu (K-1

) (α = 001162 K-1

)

R0 - odpor potenciometru v zaacutekladniacute poloze

R - odpor potenciometru při vybaveniacute ochrany

ϑg - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute odečtenaacute z grafu

ϑ - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute ndash vypočtenaacute

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

R [

Ω]

ϑ [degC]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 57

Vinutiacute motoru je izolovaacuteno izolaciacute třiacutedy F (155)

Třiacuteda izolace A E B F H

Okolniacute teplota [degC] 40 40 40 40 40

Povolenyacute naacuterůst teploty [degC] 60 75 80 105 125

Teplotniacute rezerva 5 5 10 10 15

Konečnaacute teplota 105 120 130 155 180

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru [12]

OCHRANA PŘED NESPRAacuteVNYacuteM SLEDEM FAacuteZIacute

Nedodrženiacutem sledu napaacutejeciacutech faacutezovyacutech vodičů (zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů svorek L2 a L3)

jak je nastaveno v UMC provaacutediacute napěťovyacute modul blokaci startu motoru V tomto přiacutepadě

vybavuje neprodleně ochrana sledu faacuteziacute ndashPhase sequence Funkci zaznamenejte do protokolu

OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII

Zvyšovaacuteniacutem odporu vyacutekonoveacuteho potenciometru zapojeneacuteho ve faacutezi L1 (viz scheacutema zapojeniacute

uacutelohy) dochaacuteziacute k simulaci faacutezoveacute nesymetrie siacutetě Motor je odpojen v okamžiku kdy poklesne

hodnota sdruženeacuteho napětiacute mezi faacutezemi L3 a L1 přibližně na hodnotu Us = 380V Velikost

odporu při vybaveniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii činiacute 101Ω Hodnotu nesymetrie zaznamenejte

do protokolu

OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE

Ztraacuteta faacuteze se realizuje pomociacute spiacutenače v pracovniacutem stole kdy odpojiacuteme napaacutejeciacute faacutezi Změřte

čas od odpojeniacute faacuteze L2 do vybaveniacute ochrany při ztraacutetě faacuteze a poznamenejte do protokolu

66 Demonstrace ochran při použitiacute dynamometru

OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU

K testu ochrany při zablokovaacuteniacute rotoru posloužiacute dynamometr jehož hřiacutedel je spojenaacute se hřiacutedeliacute

asynchronniacuteho motoru pomociacute spojky Hřiacutedel dynamometru je poteacute mechanicky zablokovaacutena

Stiskem přiacuteslušneacuteho tlačiacutetka je proveden start motoru a sledovaacuten proud při odpojeniacute motoru od

siacutetě a čas odpojeniacute Proud při vybaveniacute ochrany při mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru dosaacutehl

hodnoty 1978A což odpoviacutedaacute 582In

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute ndash (High current protection)

Pro simulaci proudoveacuteho přetiacuteženiacute maacuteme nastavenou hodnotu odebiacuteraneacuteho proudu na 130 pro

odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě Snižovaacuteniacutem jmenovityacutech otaacuteček motoru pomociacute dynamometru

(bržděniacutem tzn n rarr 0) dochaacuteziacute k naacuterůstu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu I Odpojeniacute nastalo při

odebiacuteraneacutem proudu 447A Nastaveneacute hodnotě (13In ) naacuteležiacute proud 442A Tiacutem lze konstatovat

že vyacutesledek měřeniacute je srovnatelnyacute s hodnotami uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute

Stav proudoveacuteho podtiacuteženiacute nedostatečneacuteho proudoveacuteho zatiacuteženiacute použiacutevanyacute zejmeacutena u čerpadel

je simulovaacuten pomociacute dynamometru kdy je nastavenaacute hodnota poklesu aktuaacutelniacuteho proudu na

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 58

085In a čas odpojeniacute od siacutetě na 10s Po roztočeniacute a zatiacuteženiacute motoru na hodnotu jmenoviteacuteho

proudu jsou pomociacute dynamometru zvyšovaacuteny otaacutečky motoru n Tento proces maacute za naacutesledek

snižovaacuteniacute aktuaacutelniacuteho proteacutekaneacuteho proudu I kdy motor ztraacuteciacute zatiacuteženiacute Nastaveneacute hodnotě

podtiacuteženiacute odpoviacutedaacute aktuaacutelniacute proud 289A Při dosaženiacute teacuteto uacuterovně je spuštěn odpočet a motor za

10s odpojen

67 Vyhodnoceniacute a zaacutevěr

Vyacutesledkem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute technologiiacute pro diagnostiku

veličin při chodu trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru Při demonstračniacute simulaci ochran byly

dosaženy naacutesledujiacuteciacute vyacutesledky PTC ochrana vybavuje při hodnotě odporu 341kΩ Tato hodnota

odpoviacutedaacute teplotě ϑg = 136degC odečteneacute z grafu Vypočtenaacute teplota ϑ = 13626degC Vyacuterobce uvaacutediacute

zapůsobeniacute ochrany při hodnotě odporu v rozsahu 34-38kΩ Zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů L2 a

L3 proběhla okamžitaacute blokace spuštěniacute motoru Faacutezovaacute nesymetrie vybavila při poklesu napětiacute o

5 Ztraacutetou napaacutejeciacute faacuteze proběhlo odpojeniacute motoru v čase t = 15s Čas odpojeniacute odpoviacutedaacute třiacutedě

přetiacuteženiacute 5E kteraacute je nastavena

Při testu za použitiacute dynamometru bylo zjištěno že při zablokovaneacutem rotoru motoru zapůsobil

kontroleacuter při nastaveneacutem přetiacuteženiacute 3In Teacuteto hodnotě naacuteležiacute proud 102A Jelikož je nastavena

třiacuteda přetiacuteženiacute 5E ktereacute naacuteležiacute interval 15s a poteacute odpojeniacute motoru tak během tohoto okamžiku

vzrostla hodnota proudu na 1978A což odpoviacutedaacute 582In Při proudoveacutem přetiacuteženiacute odpoviacutedaly

vyacutesledky měřeniacute nastaveneacute hodnotě přetiacuteženiacute 13In Ve stavu proudoveacuteho podtiacuteženiacute zapůsobila

ochrana spraacutevně dle nastaveneacuteho poklesu proudu na 085In

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 30: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 30

27 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

Tento modul poskytuje komunikaci pro FieldBusPlug zařiacutezeniacute jako je např UMC100

s počiacutetačem prostřednictviacutem siacutetě Ethernet K MTQ22 lze připojit až 4 zařiacutezeniacute pro uacutesporu

naacutekladů Naacutesledujiacuteciacute popis je vztažen k Obr 216 kde jsou znaacutezorněny jednotliveacute čaacutesti modulu

1 konektory s označeniacutem X1 až X4 sloužiacute pro připojeniacute až 4 zařiacutezeniacute FBP

2 LED diody pro signalizaci aktuaacutelniacuteho stavu komunikace

3 micro USB konektor s označeniacutem X5 pro připojeniacute a konfiguraci pomociacute PC

4 dvě RJ45 zaacutesuvky s označeniacutem E1 a E2 pro připojeniacute pomociacute Ethernetoveacuteho kabelu

5 konektor pro připojeniacute 24V DC napaacutejeciacuteho napětiacute nese označeniacute X6

Obr 216 Komunikačniacute modul MTQ22-FBP

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 31

OCHRANNEacute FUNKCE 3Kontroleacuter nabiacuteziacute velkeacute množstviacute ochrannyacutech funkciacute potřebnyacutech pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacuteho chodu

motoru Některeacute funkce jsou aktivniacute pouze po čaacutest běhu motoru typicky při startu motoru jineacute

po jeho rozběhu Naacutesledujiacuteciacute tabulka (Tab 31) nastiacuteniacute přehled nejdůležitějšiacutech ochran motoru a

čas kdy jsou aktivovaacuteny

Ochrannaacute funkce Aktivniacute

Při tepelneacutem přetiacuteženiacute Vždy

Při zablokovaneacutem rotoru Při startu motoru

Při proudoveacutem přetiacuteženiacute Po startu

Při proudoveacutem podtiacuteženiacute Po startu

Sled faacuteziacute Vždy

Při faacutezoveacute nesymetrii Vždy

Při ztraacutetě faacuteze Vždy

PTC ochrana Vždy

Při zemniacutem spojeniacute Vždy po spuštěniacute

Při napěťovyacutech špičkaacutech Vždy

Při harmonickeacutem zkresleniacute Vždy

Tab 31 Ochranneacute funkce [1]

Nastaveniacute parametrů jednotlivyacutech ochran probiacutehaacute pomociacute UMC100-PAN

31 Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute

UMC100 disponuje nastavitelnyacutem vypiacutenaacuteniacutem při tepelneacutem přetiacuteženiacute podle třiacuted 5E 10E 20E

30E a 40E viz Obr 31 Tyto třiacutedy uvaacutedějiacute poměr mezi aktuaacutelniacutem prochaacutezejiacuteciacutem proudem

motorem I a jmenovityacutem proudem motoru In uvedenyacutem na štiacutetku v zaacutevislosti na maximaacutelniacute době

rozběhu t

Třiacuteda 5E 10E 20E 30E 40E

t [s] 15 3 6 3 12

Tab 32 Třiacutedy přetiacuteženiacute a čas odpojeniacute

Lze hovořit o dvou typech rozběhu motoru

1 normaacutelniacute rozběh - do 10s

2 těžkyacute rozběh - viacutece jak 10s

Při rozběhu zatiacuteženeacuteho motoru se otaacutečky zvyšujiacute z nuloveacute hodnoty na jmenovitou přičemž

dochaacuteziacute k naacuterůstu proudu až na několikanaacutesobek jeho jmenoviteacute hodnoty Zpravidla u většiacutech

motorů byacutevaacute naacuterůst až 10In tudiacutež v tento bdquokritickyacuteldquo okamžik nesmiacute vybavit ochrana na tepelneacute

přetiacuteženiacute Rozběh motoru pro UMC končiacute při poklesu proudu I na hodnotu 135 proudu

jmenoviteacuteho In nebo při dosaženiacute jmenovityacutech otaacuteček nn Udaacutevaneacute časy představuje Tab 32

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 32

311 Určeniacute teploty vinutiacute a vypiacutenaciacute třiacutedy

Podle způsobu určeniacute teploty vinutiacute motoru se ochrany rozlišujiacute na proudově nezaacutevisleacute a

proudově zaacutevisleacute

Proudově nezaacutevisleacute ochrany měřiacute přiacutemo teplotu ve vinutiacute motoru pomociacute vhodneacuteho čidla

teploty zpravidla termistoru Tiacutemto způsobem lze zjistit nedovoleneacute otepleniacute způsobeneacute např

poruchou cirkulace vzduchu kterou proudově zaacutevislaacute ochrana neniacute schopna vyhodnotit

Proudově zaacutevisleacute ochrany vyhodnocujiacute teplotu vinutiacute motoru nepřiacutemo a to prostřednictviacutem

vyacutepočtoveacuteho modelu z provozniacuteho proudu motoru Zvyacutešeniacute provozniacuteho proudu motoru maacute za

naacutesledek otepleniacute ktereacute vede trvaacute-li delšiacute dobu k poškozeniacute nebo zničeniacute motoru Ochrana při

tepelneacutem přetiacuteženiacute ndash TOL chraacuteniacute motor před přehřaacutetiacutem Tepelnyacute model je vypočiacutetaacutevaacuten za chodu i

v klidu motoru a z těchto stavů se pak zjistiacute tepelnaacute kapacita Znalost teacuteto hodnoty vede

k maximalizaci produktivity Funkčnost tepleneacuteho modelu je v souladu s normou

Při použitiacute motoru pro cyklickeacute operace dochaacuteziacute ke schodoviteacutemu zvyšovaacuteniacute teploty motoru Je

zapotřebiacute volit spraacutevnyacute čas intervalu mezi cykly aby nedochaacutezelo k přehřaacutetiacute a zbytečneacutemu

poškozeniacute izolace vinutiacute motoru

Funkce Thermal load (tzv tepelnaacute zaacutetěž) hliacutedaacute poměr aktuaacutelniacuteho prochaacutezejiacuteciacuteho proudu I a

jmenoviteacuteho proudu In motoru Jakmile poměr IIn přesaacutehne 100 začiacutenaacute odpočet TTT a motor

bude odpojen po uplynutiacute nastaveneacute periody Možnost opětovneacuteho spuštěniacute přetiacuteženeacuteho motoru

proběhne po jeho vychladnutiacute To je možneacute nastavit dvěma způsoby [1]

1 Ručně nastavenou periodou během ktereacute je motor blokovaacuten proti spuštěniacute

(ovlivňovaacuteno velikostiacute motoru teplotou prostřediacute kde je motor použit zda je vybaven

ventilaacutetorem či neniacute apod)

2 Nastaveniacutem procentuaacutelniacute hodnoty tepelneacute kapacity do ktereacute nebude moci obsluha

motor spustit (při nastaveniacute 50 nedojde k odblokovaacuteniacute ochrany pokud neklesne

tepelnaacute kapacita pod zadanou hodnotu)

Určeniacute vypiacutenaciacute třiacutedy je představeno na naacutesledujiacuteciacutem přiacutekladu

Maacuteme-li trojfaacutezovyacute asynchronniacute motor o vyacutekonu 22kW poměr IIn = 5 a maximaacutelniacute dobu

rozběhu to = 10s Z přiloženeacuteho grafu vypiacutenaciacutech třiacuted pro studenyacute motor určiacuteme požadovanou

třiacutedu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 33

Obr 31 Vypiacutenaciacute třiacutedy pro UMC100-FBP[1]

Z vyacutesledku je patrneacute že motor budeme vypiacutenat proti přetiacuteženiacute podle třiacutedy 5E jelikož křivka

pro 5E je pod maximaacutelniacute dobou rozběhu to = 10s Pokud by došlo ke zvoleniacute např třiacutedy 10E

hrozilo by poškozeniacute motoru jelikož by na motor působilo přetiacuteženiacute delšiacute dobu než je tomu

dovoleno [10]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 34

32 Ochrana při zablokovaneacutem rotoru

V okamžiku připojeniacute motoru na napaacutejeciacute siacuteť se rotor neotaacutečiacute (n = 0 s = 1) Motor je ve

stavu nakraacutetko a jeho proud je omezen pouze ohmickyacutemi odpory a rozptylovyacutemi reaktancemi

vinutiacute Zaacuteběrnyacute proud I1z dosahuje většinou 4 až 10 x většiacutech hodnot než proud jmenovityacute In

Určit velikost tohoto proudu je možneacute ze vztahu 321

radic

kde

U1 - Vstupniacute napětiacute

R1 - Odpor primaacuterniacuteho vinutiacute

Xr1 - Reaktance statoroveacuteho vinutiacute

Xrsquor20 - Reaktance zabrzděneacuteho rotoru

Rlsquo2s - Celkovyacute činnyacute odpor rotoru

RFe - Činnyacute odpor magnetickeacuteho obvodu

Xm - Reaktance magnetickeacuteho obvodu

I1z - Zaacuteběrnyacute proud

Obr 32 Obvodovyacute model asynchronniacuteho motoru pro jednu faacutezi statoroveacuteho vinutiacute ndash nakraacutetko

Velkyacute zatěžovaciacute moment Mz nebo mechanickaacute porucha může zapřiacutečinit zablokovaacuteniacute rotoru

Ochrannaacute funkce detekuje dlouhou počaacutetečniacute situaci kteraacute je praacutevě důsledkem zmiacuteněnyacutech přiacutečin

UMC100 tiacutemto odpojiacute motor od napaacutejeniacute čiacutemž ho ochraacuteniacute od nadměrneacuteho tepelneacuteho namaacutehaacuteniacute

V uživatelskeacutem prostřediacute je možneacute individuaacutelně nastavit jak maximaacutelniacute proud tak i čas po

ktereacutem dojde k odpojeniacute zablokovaneacuteho motoru Pro experimentaacutelniacute použitiacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy je nastavena hodnota poměru pro odpočet a naacutesledneacute odpojeniacute IIn na 300 [1] [9]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 35

33 Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute zabezpečiacute odpojeniacute motoru vyskytne-li se v obvodu většiacute

hodnota proudu než nastavenaacute jmenovitaacute In Bliacuteže tuto funkci představiacute přiloženyacute průběh Funkce

je aktivniacute až po roztočeniacute motoru v okamžiku rozběhu je neaktivniacute

Princip ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Do okamžiku T1 od zapnutiacute klesne zaacuteběrnyacute proud na hodnotu cca Ix = 135 In V časoveacutem

uacuteseku T1 až T2 dochaacuteziacute k naacuterůstu prochaacutezejiacuteciacuteho proudu motorem V okamžiku T2 překročiacute

proud hodnotu Ivar Tiacutemto okamžikem začne odpočet nastaveneacute doby zpožděniacute tvar kteraacute po

uplynutiacute sepne signalizaci varovaacuteniacute nadproudoveacuteho přetiacuteženiacute Odpočet doby tvar narůstaacute je-li

proud motorem I gt Ivar Jakmile proud I ge Iodp dochaacuteziacute k sepnutiacute čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute todp

Platiacute-li podmiacutenka I ge Iodp a dojde k načteniacute hodnoty todp UMC100 odpojiacute motor od napaacutejeniacute a tiacutem

zabraacuteniacute jeho poškozeniacute

Obr 33 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu přetiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash dosaženiacute vysokeacute proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash dosaženiacute hodnoty proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

34 Ochrana při proudoveacutem podtiacuteženiacute

Jakmile hodnota (činneacuteho) proudu klesne pod nastavenou uacuteroveň kteraacute je pro danyacute proces

typickaacute dojde v UMC100 k vybaveniacute ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a motor odpojiacute od

napaacutejeniacute Tato ochrana se předevšiacutem využiacutevaacute pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacute funkce čerpadla když detekuje

ztraacutetu jeho saacuteniacute či pro paacutesoveacute dopravniacuteky ve vyacuterobniacutech provozech Včasneacute varovaacuteniacute a odpojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 36

motoru snižuje zejmeacutena prostoje vyacuteroby Princip varovaacuteniacute a odpojeniacute je představen na

naacutesledujiacuteciacutem průběhu jak tomu bylo u ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Princip ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute zobrazeneacuteho průběhu

Po poklesu aktuaacutelniacuteho proudu v okamžiku T1 motor normaacutelně běžiacute V časoveacutem uacuteseku T1 až

T2 dochaacuteziacute k poklesu proudu pod jmenovitou hodnotu In až na nastavenou hodnotu Ivar Při

dosaženiacute teacuteto hodnoty začne odpočet varovaacuteniacute proudoveacuteho podtiacuteženiacute Nepřesaacutehne-li proud za

dobu kratšiacute než tvar mez Ivar (tzn nevzroste-li se zpět k In) dojde ke spuštěniacute signalizace

proudoveacuteho podtiacuteženiacute Při pokračujiacuteciacutem poklesu proudu jak je patrneacute v časoveacutem intervalu T2-T3

až na mez Iodp dojde k čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute Při překročeniacute nastaveneacute doby todp a za

podmiacutenky že proud I le Iodp UMC100 motor odpojiacute od napaacutejeciacute siacutetě

Obr 34 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash niacutezkaacute proudovaacute uacuteroveň kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash hodnota proudu kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

Popis funkce ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute blokoveacuteho scheacutematu

Signaacutel Istart představuje hodnotu proudu po startu motoru- log 1(tzn Signalizace motoru v

chodu) Tento signaacutel tvořiacute vstup logickeacuteho hradla AND (1) Funkci tohoto hradla znaacutezorňuje

přiloženaacute tabulka Tab 33 Druhyacute vstup signalizuje aktuaacutelniacute hodnotu proudu kteraacute motorem

proteacutekaacute Je-li proud IltIvar detekuje hradlo AND druhou logickou jedničku a hradlo vybaviacute podle

přiloženeacute tabulky Tento signaacutel z hradla aktivuje časovač zpožděniacute varovaacuteniacute Po uplynutiacute

nastaveneacuteho časoveacuteho uacuteseku signalizuje podtiacuteženiacute Dochaacuteziacute-li staacutele k poklesu proudu až do

uacuterovně kdy IltIodp pak na druheacutem logickeacutem hradle AND (2) budou na vstupu log 1 Sepne

čiacutetaacuteniacute zpožděniacute vypnutiacute a po uplynutiacute doby UMC motor vypne

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 37

Obr 35 Blokoveacute scheacutema ochrany proti proudoveacutemu podtiacuteženiacute [1]

Vstup Vyacutestup

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

Tab 33 Princip funkce logickeacuteho hradla AND

341 Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek

Při chodu asynchronniacuteho motoru odebiacuteraacute stroj ze siacutetě jalovyacute proud kteryacute je potřebnyacute pro

vytvořeniacute magnetizace hlavniacuteho magnetickeacuteho obvodu Tento tzv magnetizačniacute proud je

nezaacutevislyacute na zatiacuteženiacute stroje Uplatněniacute nalezne zejmeacutena při chodu napraacutezdno a maleacutem zatiacuteženiacute

kdy je uacutečiniacutek motoru niacutezkyacute Motor maacute tedy nejleacutepe pracovat při plneacutem zatiacuteženiacute[11]

Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek jsou důležiteacute parametry pro detekovaacuteniacute niacutezkeacute zaacutetěže nebo situace bez

zaacutetěže např uzavřenyacute ventil Pomociacute napěťoveacuteho modulu VI15x a UMC je měřeno sdruženeacute

(faacutezoveacute) napětiacute faacutezovyacute proud čili i faacutezovyacute posuv mezi proudem a napětiacutem - cos φ Pomociacute těchto

parametrů je UMC schopneacute analogicky spočiacutetat hodnotu činneacuteho přiacutekonu

radic

Poklesne-li poteacute činnyacute přiacutekon pod nastavenou procentuaacutelniacute hodnotu P (př 85 Pn) motor vypne

tj bude-li PPn le 085

Experimentaacutelniacutem měřeniacutem v raacutemci laboratorniacute uacutelohy byla pomociacute přiacutestroje Yokogawa WT1800

změřena zaacutevislost uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute motoru Z vyacutesledneacuteho grafu (Obr 37) je

patrneacute že se snižovaacuteniacutem zatiacuteženiacute rotoru klesaacute velikost uacutečiniacuteku Naměřeneacute hodnoty pro konstrukci

grafu jsou uvedeny v přiacuteloze

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 38

Obr 36 Charakteristiky asynchronniacuteho motoru při zatiacuteženiacute [11]

Obr 37 Graf zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti P2

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

01

02

03

04

05

06

07

08

09

0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000

P1 [

W]

cos

ϕ [

-]

P2 [W]

P2 P1 Q1

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 39

35 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

Princip ochrany

Je-li poměr nejnižšiacuteho proudu (Imin) a nejvyššiacuteho proudu (Imax) ve faacuteziacutech nad nastavenou

uacuterovniacute pro varovaacuteniacute sepne signalizace ztraacutety faacuteze Jakmile ovšem tento poměr překročiacute

nastavenou hodnotu pro odpojeniacute motoru sepne zpožděniacute vypnutiacute a podle nastaveneacute třiacutedy

přetiacuteženiacute motor po uplynutiacute časoveacuteho intervalu odpojiacute

Funkce faacutezoveacute nesymetrie je aktivniacute pouze tehdy je-li proud ve všech třech faacuteziacutech gt 25 In

(jmenoviteacuteho proudu) [1]

Naacutesledujiacuteciacute rovnice představuje vyacutepočet procentuaacutelniacuteho poměru proudu pro vypnutiacute motoru při

uacuteplneacute ztraacutetě faacuteze

(

)

36 Ochrana sledu faacuteziacute

Ochrana sledu faacuteziacute hliacutedaacute zejmeacutena spraacutevnyacute směr otaacutečeniacute motoru Důležiteacute pro použitiacute teacuteto

ochrany je miacutesto zapojeniacute napěťoveacuteho modulu VI15x Pokud by byl modul zapojen za stykači

nastala by chyba při reverzniacutem zapojeniacute Na stykačiacutech dochaacuteziacute zapojeniacutem k zaacuteměně dvou

faacutezovyacutech vodičů a tiacutem i změně směru otaacutečeniacute motoru UMC s pomociacute VI150 vyhodnotiacute situaci

jako chybovou a vypne motor Napěťovyacute modul se tedy zpravidla umiacutesťuje hned za hlavniacute jistiacuteciacute

prvek viz Obr 44

37 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Jedno z největšiacutech nebezpečiacute pro motor představuje ztraacuteta jedneacute napaacutejeciacute faacuteze Chod na 2

napaacutejeciacute faacuteze zatěžuje motor na tepelneacute uacutečinky proudu vlivem zvyacutešeniacute proudu ve zbylyacutech 2

faacuteziacutech UMC100 v tomto přiacutepadě vypiacutenaacute motor podle předem stanovenyacutech časovyacutech intervalů

Intervaly vypnutiacute jsou stejneacute jako pro ochranu proti proudoveacutemu přetiacuteženiacute (Tab 32) a

odpoviacutedajiacute nastaveneacute třiacutedě přetiacuteženiacute Tuto ochranu dřiacuteve zajišťovalo tepelneacute releacute ktereacute v tomto

přiacutepadě nemusiacute byacutet použito

38 PTC ochrana

381 Termistor

Termistor je polovodičovyacute nelineaacuterniacute dvojpoacutel jehož odpor se měniacute v zaacutevislosti na teplotě

prostřediacute ve ktereacutem pracuje Jeho vyacutehodou je že velmi rychle a citlivě reaguje na změnu teploty

Rozlišujeme zpravidla 2 druhy termistorů

1 NTC (Negative Temperature Coefficient) - termistor se zaacutepornyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou klesaacute jeho odpor (roste elektrickaacute vodivost a proud)

2 PTC (Positive Temperature Coefficient) ndash termistor s kladnyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou jeho odpor roste

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 40

Obr 38 Zaacutevislost odporu termistoru na teplotě

Použitiacute termistorů

NTC termistory se použiacutevajiacute zpravidla k měřeniacute teploty PTC se nejčastěji využiacutevaacute

v kuchyňskyacutech spotřebičiacutech kde je požadovaacutena konstantniacute teplota v termostatech a pro hliacutedaacuteniacute

teploty vinutiacute motorů

382 Princip PTC ochrany v UMC

Ochrana obecně spadaacute do skupiny proudově nezaacutevislyacutech ochran Pro připojeniacute PTC

termistoru sloužiacute na UMC100 svorky s označeniacutem T1 a T2 PTC zvyšuje svůj odpor s rostouciacute

teplotou proto je možneacute ho použiacutet pro hliacutedaacuteniacute teploty např vinutiacute statoru UMC je schopneacute

vyhodnotit tuto změnu odporu a vydaacute signaacutel k odpojeniacute motoru od siacutetě [7]

39 Ochrana při zemniacutem spojeniacute

Ochrana při zemniacutem spojeniacute spočiacutevaacute v ochraně motoru siacutetě a technologie při nežaacutedouciacutech

vlivech způsobenyacutech zejmeacutena staacuternutiacutem izolace a jejiacutem zhoršenyacutem izolačniacutem uacutečinkem

Naacutesledkem přetěžovaacuteniacute vedeniacute vlhkostiacute kondenzaciacute vody v elektrickeacutem zařiacutezeniacute nebo vrstvou

vodiveacuteho prachu jsou praacutevě zhoršeneacute vlastnosti izolačniacuteho materiaacutelu To vede k nechtěneacutemu

zemniacutemu spojeniacute Zemniacute spojeniacute je monitorovaacuteno pomociacute UMC spolu se zařiacutezeniacutem CEM11 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 41

DEMONSTRAČNIacute PŘIacutePRAVEK 4

41 Naacutevrh přiacutepravku

Pro demonstraci UMC100 a dalšiacutech prvků řady produktů od společnosti ABB sro byl

navržen přiacutepravek pomociacute software AutoCAD a Inventor Professional kteryacute byl poteacute zrealizovaacuten

a oživen Nosnaacute konstrukce (Obr 41) je vyrobena z jӓckelu o rozměru 25x25mm

Obr 41 Nosnaacute konstrukce

Čelniacute panel tvořiacute plech s rozměry 500x400mm a tloušťky 2mm Plech je osazen

rozvaděčovyacutemi kanaacutely 25x60mm a všemi potřebnyacutemi komponentami pro realizaci zapojeniacute

Vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho panelu s otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky a ovlaacutedaciacute tlačiacutetka motoru je na

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

Seznam použityacutech komponent Vyacuterobce

3-poacutelovyacute jistič C16 OEZ

Pojistkoveacute pouzdro RSP 4 Elektro Bečov

Komunikačniacute modul MTQ22-FBP ABB

Motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP ABB

Napěťovyacute modul VI150-FBP ABB

Rozšiřovaciacute modul DX122-FBP ABB

Ministykač LC1K09(LC1K12) Schneider Electric

Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A ABB

Rozvaděčovyacute kanaacutel 25x60mm KOPOS

Přiacutestrojoveacute zdiacuteřky 4mm do panelu AMASS

Tlačiacutetka do panelu 250V1A JIETONG

Tab 41 Seznam použityacutech komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 42

Pro konstrukci je důležiteacute aby navrženyacute panel rozměrově odpoviacutedal všem potřebnyacutem přiacutestrojům

a modulům Pro tuto přiacuteležitost je pomociacute software AutoCAD vytvořen vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho

panelu Obr 43 kteryacute je konstruovaacuten

Navrženyacute nosnyacute plech tloušťky 2mm na ktereacutem jsou umiacutestěny veškereacute komponenty Obr 42

Ve vrchniacute polovině plechu jsou vyvrtaacuteny otvory o průměru 4mm sloužiacuteciacute pro uchyceniacute

rozvaděčoveacuteho kanaacutelu a DIN lišty Ve středniacute čaacutesti plechu jsou 4 průvlečneacute otvory určeneacute k

průchodu vodičů ze zadniacute čaacutesti plechu (od napaacutejeciacutech svorek) do rozvaděčoveacuteho kanaacutelu na straně

předniacute Pro tuto potřebu jsou stejneacute otvory vyvrtaacuteny takeacute do dna kanaacutelu Ve spodniacute čaacutesti jsou

otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky pomociacute kteryacutech je zajištěno napaacutejeniacute panelu a poteacute napaacutejeniacute motoru

a 3 otvory na ovlaacutedaciacute tlačiacutetka k zajištěniacute ovlaacutedaacuteniacute motoru Uchyceniacute plechu k nosneacute konstrukci

je provedeno samořeznyacutemi šroubky M5 v roziacutech plechu

Obr 42 Naacutevrh plechu panelu

Vyacutekres plechu s udaacuteniacutem koacutet je obsažen v přiacuteloze praacutece viz Obr 01

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 43

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 44

42 Scheacutema zapojeniacute přiacutepravku

Demonstračniacute panel je uzpůsoben pro reverzniacute chod trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 44 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho přiacutepravku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 45

43 Vyacuteslednyacute přiacutepravek

Vyacuteslednyacute osazenyacute a zapojenyacute přiacutepravek určenyacute pro laboratorniacute uacutelohu doplněnyacute vhodnyacutemi

štiacutetky pro ovlaacutedaacuteniacute a zapojeniacute napaacutejeciacute siacutetě (VSTUP) a motoru (VYacuteSTUP)

Obr 45 Demonstračniacute přiacutepravek

Zadniacute čaacutest panelu s izolovaacuteniacutem konektorů FASTON pomociacute teplem smrštitelneacute bužiacuterky před

nebezpečnyacutem dotykem živeacute čaacutesti

Obr 46 Zadniacute pohled

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 46

44 Demonstračniacute kufr pro ABB

Pro společnost ABB sro byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 prezentujiacuteciacute

jeho možnosti Zaacutekladniacutem požadavkem naacutevrhu bylo řešeniacute pomociacute jednofaacutezoveacuteho napaacutejeniacute

Jelikož UMC100 je uzpůsobeno pro chod trojfaacutezovyacutech motorů je použit frekvenčniacute měnič

ACS50 kteryacute nabiacuteziacute při napaacutejeniacute pomociacute jednofaacutezoveacute siacutetě na sveacutem vyacutestupu napětiacute 3x230V50Hz

Pro digitaacutelniacute vstupy UMC100 a rozšiřovaciacuteho modulu DX111 je navrženo použitiacute dvoupoacutelovyacutech

paacutečkovyacutech přepiacutenačů s funkciacute (ON)-OFF-ON s napětiacutem 24V DC K signalizaci aktivniacutech vstupů

a vyacutestupů je navrženo použitiacute zelenyacutech signaacutelek Ovlaacutedaciacute panel kufru obsahuje spiacutenače pro

simulaci ztraacutety napaacutejeciacute faacuteze motoru potenciometr k simulaci faacutezoveacute nesymetrie daacutele červenou

signaacutelku pro signalizaci poruchovyacutech stavů a žlutou pro chod motoru Všechny přepiacutenače a

signaacutelky jsou přiacutestupneacute uživateli prostřednictviacutem navrženeacuteho ovlaacutedaciacuteho panelu kteryacute současně

posloužiacute jako kryt kufru (Obr 02) Jelikož pro přenosnyacute kufr neniacute nejvhodnějšiacute použitiacute

asynchronniacuteho motoru je proto použit 6-poacutelovyacute synchronniacute motor s přiacutekonem 23VA

vyacutestupniacutem vyacutekonem 105W a jmenovityacutem proudem 100mA

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 47

Obr 47 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho kufru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 48

SIMULACE OCHRAN 5Kapitola obsahuje soupis simulaciacute ochran ktereacute jsou demonstrovaacuteny v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jež se zabyacutevaacute problematikou UMC100 Z širokeacute škaacutely ochran jsou vybraacuteny 4 situace ktereacute

se v průmyslu často vyskytujiacute

51 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

K nasimulovaacuteniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii je použit posuvnyacute potenciometr kteryacute je

připojen na svorky (12) Pomociacute potenciometru bude snižovaacutena velikost napětiacute na přiacutevodniacute faacutezi

do motoru (L1) Pro demonstraci ochrany je použit napěťovyacute modul VI150 spolu s UMC100 Na

svorky modulu označeneacute (L1L2 a L3) jsou přivedeny faacuteze v uvedeneacutem sledu Při zvyšovaacuteniacute

odporu rezistoru ve faacutezi dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute napětiacute na přiacutevodniacute svorce (L1) vlivem rostouciacuteho

uacutebytku napětiacute na daneacutem rezistoru Je-li napěťovyacute modul propojen vodičem s UMC a je-li spraacutevně

nastaven UMC vyhodnotiacute po určiteacutem poklesu napětiacute a naacuterůstu proudu ve zbylyacutech dvou faacuteziacutech

(L2 a L3) jako chybovou a vybaviacute Nejprve bude vybaveno varovaacuteniacute a poteacute dojde k odpojeniacute

motoru

52 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze je motor vystaven vysokeacutemu riziku což většinou vede k jeho

zničeniacute Demonstrace ochrany proběhne uacuteplnyacutem odpojeniacutem napaacutejeciacute faacuteze L2 Pro vybaveniacute

ochrany neniacute zapotřebiacute aby byl motor v chodu neboť použitiacute napěťoveacuteho modulu VI150

detekuje nepřiacutetomnost napětiacute faacuteze a vybaviacute Při chodu motoru ochrana vybaviacute od 15s pro třiacutedu

5E a do 12s pro 40E podle nastaveneacute třiacutedy přetiacuteženiacute viz Tab 32 Princip funkce při chodu

motoru spočiacutevaacute v porovnaacuteniacute nejvyššiacute a nejnižšiacute naměřeneacute hodnoty faacutezoveacuteho proudu s

nastavenyacutemi uacuterovněmi Vyacutehodou je že signalizuje varovaacuteniacute ještě před samotnyacutem spuštěniacutem

motoru kdy může nastat stav že je přepaacutelena pojistka a obsluha toto nezaznamenala Mimo

přepaacuteleneacute pojistky se může takeacute jednat o uvolněnyacute nebo opotřebenyacute kontakt

53 Ochrana sledu faacuteziacute

Pro spraacutevnyacute chod motoru a diagnostiku pomociacute kontroleacuteru s použitiacutem napěťoveacuteho modulu je

zapotřebiacute dodržet sled faacuteziacute tzn Faacutezovyacute vodič L1rarrsvorka L1 L2 rarrsvorka L3 a L3rarrsvorka L3

Při zaacuteměně některyacutech faacutezovyacutech vodičů neprodleně vybaviacute ochrana sledu faacuteziacute a neniacute dovoleno

spuštěniacute motoru do okamžiku dokud neniacute obsluhou tento probleacutem vyřešen

54 PTC ochrana

Pro vyhodnocovaacuteniacute teploty vinutiacute statoru motoru sloužiacute termistor PTC Při zvyacutešeniacute teploty

nastaacutevaacute zvyacutešeniacute odporu termistoru (viz Obr 38) a motor odpojiacute Udaacutevanaacute odezva UMC na

změnu odporu je v rozmeziacute R = 34-38kΩ

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 49

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany

Z důvodu ochrany motoru neniacute vhodneacute vystavovat motor zvyacutešeneacute teplotě pro nastiacuteněniacute funkce

PTC ochrany Pro tento uacutečel posloužiacute zhotovenyacute box osazenyacute lineaacuterniacutem potenciometrem

s hodnotou odporu 25kΩ jemuž jsou předřazeny odpory 1kΩ a 330Ω

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 50

LABORATORNIacute UacuteLOHA 6

61 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100

Uacutekolem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute řiacutediacuteciacute a kontrolniacute jednotkou pro

provoz trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru UMC100

Motorovyacute kontroleacuter nabiacuteziacute 3 releacuteoveacute vyacutestupy Tyto vyacutestupy jsou připojitelneacute na napětiacute 230V AC s

maximaacutelniacutem proudem 1A Releacuteoveacute vyacutestupy sloužiacute zejmeacutena pro připojeniacute budiacuteciacutech ciacutevek stykačů

Hlavniacute vstupy jsou tvořeny seacuteriiacute svorek jež je umiacutestěnaacute ve spodniacute čaacutesti kontroleacuteru Svorky nesou

označeniacute (DI0 DI1 hellip DI5) Tyto digitaacutelniacute vstupy pracujiacute s napětiacutem 24V DC a sloužiacute pro

připojeniacute ovlaacutedaciacutech tlačiacutetek jako start motoru stop motoru reverzaci rozběh hvězda-trojuacutehelniacutek

nebo např použitiacute vstupu pro koncovyacute spiacutenač pro připojeniacute pomocnyacutech kontaktů stykačů či

funkci aktuaacutetor kdy je ovlaacutedaacuten pohon ventilu Vše podle nastaveniacute uživatele a pracovniacuteho

procesu Vedle hlavniacutech vstupniacutech kontaktů se nachaacuteziacute takeacute jeden vyacutestupniacute s označeniacutem (DO3)

Tento digitaacutelniacute vyacutestup lze využiacutet k připojeniacute 24V DC signalizačniacute kontrolky pro chybovaacute hlaacutešeniacute

modulu UMC100 nabiacuteziacute integrovanyacute vstup pro připojeniacute PTC termistoru Diacuteky PTC jsme

schopni hliacutedat teplotu statoroveacuteho vinutiacute a předejiacutet tiacutem zaacutevažneacutemu poškozeniacute motoru

Hlavniacute obvod

Měřeniacute proudu faacutezovyacutemi vodiči je řešeno pomociacute 3 průvlečnyacutech ok integrovanyacutech v modulu

Tato průvlečnaacute oka jsou měřiacuteciacutemi transformaacutetory proudu navinutyacutemi na toroidniacutem jaacutedře Diacuteky

těmto transformaacutetorům je kontroleacuter schopnyacute měřit proud v rozsahu 024 až 63A Pro vyššiacute

hodnoty proudů až 850A se použiacutevaacute externiacute proudovyacute transformaacutetor

Možnost rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru

UMC se v průmyslovyacutech aplikaciacutech nejčastěji použiacutevaacute s využitiacutem napěťoveacuteho a rozšiřovaciacuteho

(vstupně-vyacutestupniacuteho) modulu Pro laboratorniacute uacutelohu je použit napěťovyacute modul VI150 a

rozšiřovaciacute modul DX122 jenž jsou připojeny k UMC pomociacute UMCIO-CAB přes svorky

s označeniacutem Ca a Cb

Napěťovyacute modul VI150

K demonstraci kontroleacuteru je použit modul s označeniacutem VI150 Zařiacutezeniacute disponuje konektory pro

připojeniacute faacutezovyacutech vodičů (L1 L2 a L3) a je schopneacute měřit hodnotu sdruženeacuteho napětiacute siacutetě

S naměřenyacutemi hodnotami faacutezoveacuteho proudu pomociacute UMC dostaacutevaacuteme takeacute hodnotu faacutezoveacuteho

posuvu mezi napětiacutem a proudem tedy uacutečiniacuteku cos φ Z těchto naměřenyacutech parametrů vypočiacutetaacute

řiacutediacuteciacute jednotka kontroleacuteru činnyacute přiacutekon Ovšem pro spraacutevnou detekci napětiacute je nutneacute dodržet

zapojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 51

Vstupně-vyacutestupniacute modul DX122

Modul umožňuje rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru o dalšiacutech 8 digitaacutelniacutech vstupů na napětiacute 110-230V AC 4

releacuteoveacute vyacutestupy a 1 analogovyacute vyacutestup Pomociacute programu ABB Asset Vision Basic je možneacute

přiacutemeacute přiřazeniacute parametrů a programovaacuteniacute UMC100 a takeacute všech zařiacutezeniacute kteraacute jsou vybavena

DTM (Device Type Manager)- naacutestroj pro konfiguraci a spraacutevu zařiacutezeniacute

Komunikačniacute modul MTQ22

O komunikaci mezi UMC a PC se staraacute modul MTQ22 V software vytvořeneacutem pomociacute

vyacutevojoveacuteho prostřediacute LabVIEW lze sledovat aktuaacutelniacute měřeneacute veličiny zobrazenaacute varovaacuteniacute

poruchovyacutech stavů informace o stavu vstupů a vyacutestupů apod

Napaacutejeciacute zdroj

Napaacutejeniacute modulů zajišťuje zdroj CP-D 2413A s regulaciacute vyacutestupniacuteho napětiacute Regulace je možnaacute

v rozpětiacute 24-28V DC Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute zdroje je umožněna z důvodu požadavku

přesneacuteho napětiacute 24V DC Vlivem zatiacuteženiacute (napaacutejeniacute UMC VI a DX) vyacutestupniacute napětiacute zdroje klesaacute

podle zatěžovaciacute charakteristiky přiacuteslušneacuteho zdroje CP-D sloužiacute takeacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacutech

vstupů UMC

Ochranneacute funkce

UMC nenabiacuteziacute pouze možnost měřeniacute faacutezoveacuteho proudu ale takeacute řadu ochran při poruchovyacutech

stavech provozu Nejčastěji v praxi využiacutevanaacute ochrana je ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute kteraacute

je doprovaacutezena varovnou signalizaciacute nastaacutevajiacuteciacute poruchy

Ochrana motoru při proudoveacutem podtiacuteženiacute pracuje na obdobneacutem principu jako předchoziacute ochrana

Kontroleacuter monitoruje hladinu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu Při jeho poklesu pod nastavenou

uacuteroveň maximaacutelniacuteho dovoleneacuteho poklesu (udaacutevaneacute relativně v k jmenoviteacutemu In) dochaacuteziacute k

signalizaci chyby a odpojeniacute motoru od siacutetě

PTC ochrana spočiacutevaacute v hliacutedaacuteniacute teploty statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru pomociacute PTC

termistoru V našem přiacutepadě je použito lineaacuterniacuteho potenciometru kdy se zvyšujiacuteciacutem se odporem

potenciometru simulujeme zvyšujiacuteciacute se teplotu statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru

Při ztraacutetě některeacute napaacutejeciacute faacuteze motoru dochaacuteziacute k okamžiteacutemu blokovaacuteniacute startu motoru

Ochrana sledu faacuteziacute zajistiacute spraacutevneacute zapojeniacute vodičů L1 L2 a L3 ktereacute je slučitelneacute s nastaveniacutem v

UMC

Vlivem přerušovaneacuteho provozu např S3 kdy nedochaacuteziacute v době klidu a odpojeniacute motoru k

poklesu teploty na teplotu okoliacute může vybavit Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute - Thermal

Overload Protection (TOL)

Zablokovaniacute rotoru byacutevaacute způsobeno přiacuteliš vysokyacutem zaacutetěžnyacutem momentem Mz na hřiacutedeli motoru

nebo mechanickou poruchou Kontroleacuter je při startu schopen detekovat tento stav

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 52

62 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute uacutelohy a scheacutema zapojeniacute panelu

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 53

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 54

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha

Štiacutetek použiteacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 64 Štiacutetek motoru

63 Popis scheacutematu zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

Na vstupniacute svorky s označeniacutem VSTUP (L1 L2 L3 N PE) jsou přivedeny přiacuteslušneacute vodiče

z pracovniacuteho stolu Hlavniacute 16A jistič s vypiacutenaciacute charakteristikou typu C sloužiacute pro jištěniacute siloveacute

čaacutesti obvodu Pro jištěniacute napaacutejeciacuteho zdroje CP-D sloužiacute tavnaacute pojistka 2T250V Napěťoveacute

vstupy na modul VI150 jsou jištěny tavnou pojistkou F125250V Posuvnyacute potenciometr

umiacutestěnyacute na faacutezoveacutem vodiči L1 sloužiacute k demonstraci ochrany při faacutezoveacute nesymetrii

Komunikačniacute modul MTQ22 zajišťuje komunikaci mezi UMC a PC kdy prostřednictviacutem

Ethernetoveacute siacutetě jsme schopni čiacutest měřeneacute veličiny

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 55

64 Pracovniacute postup

1 Seznamte se s kontroleacuterem UMC100 a ostatniacutemi komponenty použityacutemi pro laboratorniacute

uacutelohu a se scheacutematem zapojeniacute uacutelohy

2 Připojte elektromotor a vstupniacute svorky na přiacuteslušneacute zdiacuteřky Před připojeniacutem vyacutekonoveacuteho

potenciometru ověřte měřeniacutem jeho minimaacutelniacute a maximaacutelniacute hodnotu odporu a

poznamenejte si je

3 Připojte potenciometr na určeneacute zdiacuteřky označeneacute čiacutesly 1 a 2 a nastavte hodnotu odporu

4 Po kontrole zapojeniacute vyučujiacuteciacutem zapněte pracoviště a nastavte autotransformaacutetor na 100

vyacutestupniacuteho napětiacute Zapněte hlavniacute jistič Kontrola a nastaveniacute komunikace mezi UMC

DX a VI

Nastaveniacute Komunikace se provede přes LCD displej naacutesledujiacuteciacutem způsobem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on

5 Stiskem tlačiacutetka VPŘED nebo VZAD na panelu uvedeme motor do chodu Pro přechod

z jednoho směru do druheacuteho je nutneacute nejprve zastavit motor tlačiacutetkem STOP Při

zastaveniacute je kontroleacuterem motor blokovaacuten po dobu 3s před dalšiacutem spuštěniacutem z důvodu

doběhu motoru Pohybem tlačiacutetek nahoru dolů pomociacute LCD v hlavniacute nabiacutedce - UMC -

můžeme sledovat aktuaacutelniacute proud motoru sdruženeacute napětiacute odebiacuteranyacute přiacutekon ze siacutetě

uacutečiniacutekhellip

6 Při provaacuteděniacute uacutelohy na brzdě (dynamometru) ověřte funkci ochrany při zablokovaacuteniacute

rotoru funkci ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a proudoveacutem přetiacuteženiacute

7 Při vybaveniacute každeacute z ochran zaznamenejte hodnotu kdy vypnula Před novyacutem startem je

důležiteacute přečiacutest zaacuteznam důvodu poruchy a proveacutest reset na panelu UMC100-PAN jinak je

START blokovaacuten

65 Měřeniacute

OCHRANA PŘED PŘEHŘAacuteTIacuteM MOTORU

Potenciometrem označenyacutem PTC je zvyšovaacutena hodnotu odporu do okamžiku kdy dojde

k odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě zapůsobeniacutem PTC ochrany Hodnota odporu potenciometru

při vybaveniacute ochrany je určena měřeniacutem na 341kΩ Odpoviacutedajiacuteciacute hodnotu teploty motoru

odečteme z grafu a hodnoty odporu potenciometru při vypnutiacute

Do tabulky zapište změřenou hodnotu odporu potenciometru při vypnutiacute Při teacuteto hodnotě odporu

odečtěte teplotu motoru z grafu Ziacuteskanou teplotu porovnejte s vypočtenou teplotou motoru

Tabulka naměřenyacutech a vypočtenyacutech hodnot

R ϑg R0 ϑ

[Ω] [degC] [Ω] [degC]

3410 136 1320 13626

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 56

Vyacutepočet vychaacuteziacute ze vztahu pro zaacutevislost elektrickeacuteho odporu vodiče na teplotě

(651)

kde

(652)

Po uacutepravě pak

α - teplotniacute součinitel elektrickeacuteho odporu (K-1

) (α = 001162 K-1

)

R0 - odpor potenciometru v zaacutekladniacute poloze

R - odpor potenciometru při vybaveniacute ochrany

ϑg - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute odečtenaacute z grafu

ϑ - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute ndash vypočtenaacute

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

R [

Ω]

ϑ [degC]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 57

Vinutiacute motoru je izolovaacuteno izolaciacute třiacutedy F (155)

Třiacuteda izolace A E B F H

Okolniacute teplota [degC] 40 40 40 40 40

Povolenyacute naacuterůst teploty [degC] 60 75 80 105 125

Teplotniacute rezerva 5 5 10 10 15

Konečnaacute teplota 105 120 130 155 180

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru [12]

OCHRANA PŘED NESPRAacuteVNYacuteM SLEDEM FAacuteZIacute

Nedodrženiacutem sledu napaacutejeciacutech faacutezovyacutech vodičů (zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů svorek L2 a L3)

jak je nastaveno v UMC provaacutediacute napěťovyacute modul blokaci startu motoru V tomto přiacutepadě

vybavuje neprodleně ochrana sledu faacuteziacute ndashPhase sequence Funkci zaznamenejte do protokolu

OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII

Zvyšovaacuteniacutem odporu vyacutekonoveacuteho potenciometru zapojeneacuteho ve faacutezi L1 (viz scheacutema zapojeniacute

uacutelohy) dochaacuteziacute k simulaci faacutezoveacute nesymetrie siacutetě Motor je odpojen v okamžiku kdy poklesne

hodnota sdruženeacuteho napětiacute mezi faacutezemi L3 a L1 přibližně na hodnotu Us = 380V Velikost

odporu při vybaveniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii činiacute 101Ω Hodnotu nesymetrie zaznamenejte

do protokolu

OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE

Ztraacuteta faacuteze se realizuje pomociacute spiacutenače v pracovniacutem stole kdy odpojiacuteme napaacutejeciacute faacutezi Změřte

čas od odpojeniacute faacuteze L2 do vybaveniacute ochrany při ztraacutetě faacuteze a poznamenejte do protokolu

66 Demonstrace ochran při použitiacute dynamometru

OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU

K testu ochrany při zablokovaacuteniacute rotoru posloužiacute dynamometr jehož hřiacutedel je spojenaacute se hřiacutedeliacute

asynchronniacuteho motoru pomociacute spojky Hřiacutedel dynamometru je poteacute mechanicky zablokovaacutena

Stiskem přiacuteslušneacuteho tlačiacutetka je proveden start motoru a sledovaacuten proud při odpojeniacute motoru od

siacutetě a čas odpojeniacute Proud při vybaveniacute ochrany při mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru dosaacutehl

hodnoty 1978A což odpoviacutedaacute 582In

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute ndash (High current protection)

Pro simulaci proudoveacuteho přetiacuteženiacute maacuteme nastavenou hodnotu odebiacuteraneacuteho proudu na 130 pro

odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě Snižovaacuteniacutem jmenovityacutech otaacuteček motoru pomociacute dynamometru

(bržděniacutem tzn n rarr 0) dochaacuteziacute k naacuterůstu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu I Odpojeniacute nastalo při

odebiacuteraneacutem proudu 447A Nastaveneacute hodnotě (13In ) naacuteležiacute proud 442A Tiacutem lze konstatovat

že vyacutesledek měřeniacute je srovnatelnyacute s hodnotami uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute

Stav proudoveacuteho podtiacuteženiacute nedostatečneacuteho proudoveacuteho zatiacuteženiacute použiacutevanyacute zejmeacutena u čerpadel

je simulovaacuten pomociacute dynamometru kdy je nastavenaacute hodnota poklesu aktuaacutelniacuteho proudu na

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 58

085In a čas odpojeniacute od siacutetě na 10s Po roztočeniacute a zatiacuteženiacute motoru na hodnotu jmenoviteacuteho

proudu jsou pomociacute dynamometru zvyšovaacuteny otaacutečky motoru n Tento proces maacute za naacutesledek

snižovaacuteniacute aktuaacutelniacuteho proteacutekaneacuteho proudu I kdy motor ztraacuteciacute zatiacuteženiacute Nastaveneacute hodnotě

podtiacuteženiacute odpoviacutedaacute aktuaacutelniacute proud 289A Při dosaženiacute teacuteto uacuterovně je spuštěn odpočet a motor za

10s odpojen

67 Vyhodnoceniacute a zaacutevěr

Vyacutesledkem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute technologiiacute pro diagnostiku

veličin při chodu trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru Při demonstračniacute simulaci ochran byly

dosaženy naacutesledujiacuteciacute vyacutesledky PTC ochrana vybavuje při hodnotě odporu 341kΩ Tato hodnota

odpoviacutedaacute teplotě ϑg = 136degC odečteneacute z grafu Vypočtenaacute teplota ϑ = 13626degC Vyacuterobce uvaacutediacute

zapůsobeniacute ochrany při hodnotě odporu v rozsahu 34-38kΩ Zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů L2 a

L3 proběhla okamžitaacute blokace spuštěniacute motoru Faacutezovaacute nesymetrie vybavila při poklesu napětiacute o

5 Ztraacutetou napaacutejeciacute faacuteze proběhlo odpojeniacute motoru v čase t = 15s Čas odpojeniacute odpoviacutedaacute třiacutedě

přetiacuteženiacute 5E kteraacute je nastavena

Při testu za použitiacute dynamometru bylo zjištěno že při zablokovaneacutem rotoru motoru zapůsobil

kontroleacuter při nastaveneacutem přetiacuteženiacute 3In Teacuteto hodnotě naacuteležiacute proud 102A Jelikož je nastavena

třiacuteda přetiacuteženiacute 5E ktereacute naacuteležiacute interval 15s a poteacute odpojeniacute motoru tak během tohoto okamžiku

vzrostla hodnota proudu na 1978A což odpoviacutedaacute 582In Při proudoveacutem přetiacuteženiacute odpoviacutedaly

vyacutesledky měřeniacute nastaveneacute hodnotě přetiacuteženiacute 13In Ve stavu proudoveacuteho podtiacuteženiacute zapůsobila

ochrana spraacutevně dle nastaveneacuteho poklesu proudu na 085In

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 31: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 31

OCHRANNEacute FUNKCE 3Kontroleacuter nabiacuteziacute velkeacute množstviacute ochrannyacutech funkciacute potřebnyacutech pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacuteho chodu

motoru Některeacute funkce jsou aktivniacute pouze po čaacutest běhu motoru typicky při startu motoru jineacute

po jeho rozběhu Naacutesledujiacuteciacute tabulka (Tab 31) nastiacuteniacute přehled nejdůležitějšiacutech ochran motoru a

čas kdy jsou aktivovaacuteny

Ochrannaacute funkce Aktivniacute

Při tepelneacutem přetiacuteženiacute Vždy

Při zablokovaneacutem rotoru Při startu motoru

Při proudoveacutem přetiacuteženiacute Po startu

Při proudoveacutem podtiacuteženiacute Po startu

Sled faacuteziacute Vždy

Při faacutezoveacute nesymetrii Vždy

Při ztraacutetě faacuteze Vždy

PTC ochrana Vždy

Při zemniacutem spojeniacute Vždy po spuštěniacute

Při napěťovyacutech špičkaacutech Vždy

Při harmonickeacutem zkresleniacute Vždy

Tab 31 Ochranneacute funkce [1]

Nastaveniacute parametrů jednotlivyacutech ochran probiacutehaacute pomociacute UMC100-PAN

31 Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute

UMC100 disponuje nastavitelnyacutem vypiacutenaacuteniacutem při tepelneacutem přetiacuteženiacute podle třiacuted 5E 10E 20E

30E a 40E viz Obr 31 Tyto třiacutedy uvaacutedějiacute poměr mezi aktuaacutelniacutem prochaacutezejiacuteciacutem proudem

motorem I a jmenovityacutem proudem motoru In uvedenyacutem na štiacutetku v zaacutevislosti na maximaacutelniacute době

rozběhu t

Třiacuteda 5E 10E 20E 30E 40E

t [s] 15 3 6 3 12

Tab 32 Třiacutedy přetiacuteženiacute a čas odpojeniacute

Lze hovořit o dvou typech rozběhu motoru

1 normaacutelniacute rozběh - do 10s

2 těžkyacute rozběh - viacutece jak 10s

Při rozběhu zatiacuteženeacuteho motoru se otaacutečky zvyšujiacute z nuloveacute hodnoty na jmenovitou přičemž

dochaacuteziacute k naacuterůstu proudu až na několikanaacutesobek jeho jmenoviteacute hodnoty Zpravidla u většiacutech

motorů byacutevaacute naacuterůst až 10In tudiacutež v tento bdquokritickyacuteldquo okamžik nesmiacute vybavit ochrana na tepelneacute

přetiacuteženiacute Rozběh motoru pro UMC končiacute při poklesu proudu I na hodnotu 135 proudu

jmenoviteacuteho In nebo při dosaženiacute jmenovityacutech otaacuteček nn Udaacutevaneacute časy představuje Tab 32

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 32

311 Určeniacute teploty vinutiacute a vypiacutenaciacute třiacutedy

Podle způsobu určeniacute teploty vinutiacute motoru se ochrany rozlišujiacute na proudově nezaacutevisleacute a

proudově zaacutevisleacute

Proudově nezaacutevisleacute ochrany měřiacute přiacutemo teplotu ve vinutiacute motoru pomociacute vhodneacuteho čidla

teploty zpravidla termistoru Tiacutemto způsobem lze zjistit nedovoleneacute otepleniacute způsobeneacute např

poruchou cirkulace vzduchu kterou proudově zaacutevislaacute ochrana neniacute schopna vyhodnotit

Proudově zaacutevisleacute ochrany vyhodnocujiacute teplotu vinutiacute motoru nepřiacutemo a to prostřednictviacutem

vyacutepočtoveacuteho modelu z provozniacuteho proudu motoru Zvyacutešeniacute provozniacuteho proudu motoru maacute za

naacutesledek otepleniacute ktereacute vede trvaacute-li delšiacute dobu k poškozeniacute nebo zničeniacute motoru Ochrana při

tepelneacutem přetiacuteženiacute ndash TOL chraacuteniacute motor před přehřaacutetiacutem Tepelnyacute model je vypočiacutetaacutevaacuten za chodu i

v klidu motoru a z těchto stavů se pak zjistiacute tepelnaacute kapacita Znalost teacuteto hodnoty vede

k maximalizaci produktivity Funkčnost tepleneacuteho modelu je v souladu s normou

Při použitiacute motoru pro cyklickeacute operace dochaacuteziacute ke schodoviteacutemu zvyšovaacuteniacute teploty motoru Je

zapotřebiacute volit spraacutevnyacute čas intervalu mezi cykly aby nedochaacutezelo k přehřaacutetiacute a zbytečneacutemu

poškozeniacute izolace vinutiacute motoru

Funkce Thermal load (tzv tepelnaacute zaacutetěž) hliacutedaacute poměr aktuaacutelniacuteho prochaacutezejiacuteciacuteho proudu I a

jmenoviteacuteho proudu In motoru Jakmile poměr IIn přesaacutehne 100 začiacutenaacute odpočet TTT a motor

bude odpojen po uplynutiacute nastaveneacute periody Možnost opětovneacuteho spuštěniacute přetiacuteženeacuteho motoru

proběhne po jeho vychladnutiacute To je možneacute nastavit dvěma způsoby [1]

1 Ručně nastavenou periodou během ktereacute je motor blokovaacuten proti spuštěniacute

(ovlivňovaacuteno velikostiacute motoru teplotou prostřediacute kde je motor použit zda je vybaven

ventilaacutetorem či neniacute apod)

2 Nastaveniacutem procentuaacutelniacute hodnoty tepelneacute kapacity do ktereacute nebude moci obsluha

motor spustit (při nastaveniacute 50 nedojde k odblokovaacuteniacute ochrany pokud neklesne

tepelnaacute kapacita pod zadanou hodnotu)

Určeniacute vypiacutenaciacute třiacutedy je představeno na naacutesledujiacuteciacutem přiacutekladu

Maacuteme-li trojfaacutezovyacute asynchronniacute motor o vyacutekonu 22kW poměr IIn = 5 a maximaacutelniacute dobu

rozběhu to = 10s Z přiloženeacuteho grafu vypiacutenaciacutech třiacuted pro studenyacute motor určiacuteme požadovanou

třiacutedu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 33

Obr 31 Vypiacutenaciacute třiacutedy pro UMC100-FBP[1]

Z vyacutesledku je patrneacute že motor budeme vypiacutenat proti přetiacuteženiacute podle třiacutedy 5E jelikož křivka

pro 5E je pod maximaacutelniacute dobou rozběhu to = 10s Pokud by došlo ke zvoleniacute např třiacutedy 10E

hrozilo by poškozeniacute motoru jelikož by na motor působilo přetiacuteženiacute delšiacute dobu než je tomu

dovoleno [10]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 34

32 Ochrana při zablokovaneacutem rotoru

V okamžiku připojeniacute motoru na napaacutejeciacute siacuteť se rotor neotaacutečiacute (n = 0 s = 1) Motor je ve

stavu nakraacutetko a jeho proud je omezen pouze ohmickyacutemi odpory a rozptylovyacutemi reaktancemi

vinutiacute Zaacuteběrnyacute proud I1z dosahuje většinou 4 až 10 x většiacutech hodnot než proud jmenovityacute In

Určit velikost tohoto proudu je možneacute ze vztahu 321

radic

kde

U1 - Vstupniacute napětiacute

R1 - Odpor primaacuterniacuteho vinutiacute

Xr1 - Reaktance statoroveacuteho vinutiacute

Xrsquor20 - Reaktance zabrzděneacuteho rotoru

Rlsquo2s - Celkovyacute činnyacute odpor rotoru

RFe - Činnyacute odpor magnetickeacuteho obvodu

Xm - Reaktance magnetickeacuteho obvodu

I1z - Zaacuteběrnyacute proud

Obr 32 Obvodovyacute model asynchronniacuteho motoru pro jednu faacutezi statoroveacuteho vinutiacute ndash nakraacutetko

Velkyacute zatěžovaciacute moment Mz nebo mechanickaacute porucha může zapřiacutečinit zablokovaacuteniacute rotoru

Ochrannaacute funkce detekuje dlouhou počaacutetečniacute situaci kteraacute je praacutevě důsledkem zmiacuteněnyacutech přiacutečin

UMC100 tiacutemto odpojiacute motor od napaacutejeniacute čiacutemž ho ochraacuteniacute od nadměrneacuteho tepelneacuteho namaacutehaacuteniacute

V uživatelskeacutem prostřediacute je možneacute individuaacutelně nastavit jak maximaacutelniacute proud tak i čas po

ktereacutem dojde k odpojeniacute zablokovaneacuteho motoru Pro experimentaacutelniacute použitiacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy je nastavena hodnota poměru pro odpočet a naacutesledneacute odpojeniacute IIn na 300 [1] [9]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 35

33 Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute zabezpečiacute odpojeniacute motoru vyskytne-li se v obvodu většiacute

hodnota proudu než nastavenaacute jmenovitaacute In Bliacuteže tuto funkci představiacute přiloženyacute průběh Funkce

je aktivniacute až po roztočeniacute motoru v okamžiku rozběhu je neaktivniacute

Princip ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Do okamžiku T1 od zapnutiacute klesne zaacuteběrnyacute proud na hodnotu cca Ix = 135 In V časoveacutem

uacuteseku T1 až T2 dochaacuteziacute k naacuterůstu prochaacutezejiacuteciacuteho proudu motorem V okamžiku T2 překročiacute

proud hodnotu Ivar Tiacutemto okamžikem začne odpočet nastaveneacute doby zpožděniacute tvar kteraacute po

uplynutiacute sepne signalizaci varovaacuteniacute nadproudoveacuteho přetiacuteženiacute Odpočet doby tvar narůstaacute je-li

proud motorem I gt Ivar Jakmile proud I ge Iodp dochaacuteziacute k sepnutiacute čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute todp

Platiacute-li podmiacutenka I ge Iodp a dojde k načteniacute hodnoty todp UMC100 odpojiacute motor od napaacutejeniacute a tiacutem

zabraacuteniacute jeho poškozeniacute

Obr 33 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu přetiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash dosaženiacute vysokeacute proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash dosaženiacute hodnoty proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

34 Ochrana při proudoveacutem podtiacuteženiacute

Jakmile hodnota (činneacuteho) proudu klesne pod nastavenou uacuteroveň kteraacute je pro danyacute proces

typickaacute dojde v UMC100 k vybaveniacute ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a motor odpojiacute od

napaacutejeniacute Tato ochrana se předevšiacutem využiacutevaacute pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacute funkce čerpadla když detekuje

ztraacutetu jeho saacuteniacute či pro paacutesoveacute dopravniacuteky ve vyacuterobniacutech provozech Včasneacute varovaacuteniacute a odpojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 36

motoru snižuje zejmeacutena prostoje vyacuteroby Princip varovaacuteniacute a odpojeniacute je představen na

naacutesledujiacuteciacutem průběhu jak tomu bylo u ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Princip ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute zobrazeneacuteho průběhu

Po poklesu aktuaacutelniacuteho proudu v okamžiku T1 motor normaacutelně běžiacute V časoveacutem uacuteseku T1 až

T2 dochaacuteziacute k poklesu proudu pod jmenovitou hodnotu In až na nastavenou hodnotu Ivar Při

dosaženiacute teacuteto hodnoty začne odpočet varovaacuteniacute proudoveacuteho podtiacuteženiacute Nepřesaacutehne-li proud za

dobu kratšiacute než tvar mez Ivar (tzn nevzroste-li se zpět k In) dojde ke spuštěniacute signalizace

proudoveacuteho podtiacuteženiacute Při pokračujiacuteciacutem poklesu proudu jak je patrneacute v časoveacutem intervalu T2-T3

až na mez Iodp dojde k čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute Při překročeniacute nastaveneacute doby todp a za

podmiacutenky že proud I le Iodp UMC100 motor odpojiacute od napaacutejeciacute siacutetě

Obr 34 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash niacutezkaacute proudovaacute uacuteroveň kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash hodnota proudu kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

Popis funkce ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute blokoveacuteho scheacutematu

Signaacutel Istart představuje hodnotu proudu po startu motoru- log 1(tzn Signalizace motoru v

chodu) Tento signaacutel tvořiacute vstup logickeacuteho hradla AND (1) Funkci tohoto hradla znaacutezorňuje

přiloženaacute tabulka Tab 33 Druhyacute vstup signalizuje aktuaacutelniacute hodnotu proudu kteraacute motorem

proteacutekaacute Je-li proud IltIvar detekuje hradlo AND druhou logickou jedničku a hradlo vybaviacute podle

přiloženeacute tabulky Tento signaacutel z hradla aktivuje časovač zpožděniacute varovaacuteniacute Po uplynutiacute

nastaveneacuteho časoveacuteho uacuteseku signalizuje podtiacuteženiacute Dochaacuteziacute-li staacutele k poklesu proudu až do

uacuterovně kdy IltIodp pak na druheacutem logickeacutem hradle AND (2) budou na vstupu log 1 Sepne

čiacutetaacuteniacute zpožděniacute vypnutiacute a po uplynutiacute doby UMC motor vypne

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 37

Obr 35 Blokoveacute scheacutema ochrany proti proudoveacutemu podtiacuteženiacute [1]

Vstup Vyacutestup

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

Tab 33 Princip funkce logickeacuteho hradla AND

341 Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek

Při chodu asynchronniacuteho motoru odebiacuteraacute stroj ze siacutetě jalovyacute proud kteryacute je potřebnyacute pro

vytvořeniacute magnetizace hlavniacuteho magnetickeacuteho obvodu Tento tzv magnetizačniacute proud je

nezaacutevislyacute na zatiacuteženiacute stroje Uplatněniacute nalezne zejmeacutena při chodu napraacutezdno a maleacutem zatiacuteženiacute

kdy je uacutečiniacutek motoru niacutezkyacute Motor maacute tedy nejleacutepe pracovat při plneacutem zatiacuteženiacute[11]

Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek jsou důležiteacute parametry pro detekovaacuteniacute niacutezkeacute zaacutetěže nebo situace bez

zaacutetěže např uzavřenyacute ventil Pomociacute napěťoveacuteho modulu VI15x a UMC je měřeno sdruženeacute

(faacutezoveacute) napětiacute faacutezovyacute proud čili i faacutezovyacute posuv mezi proudem a napětiacutem - cos φ Pomociacute těchto

parametrů je UMC schopneacute analogicky spočiacutetat hodnotu činneacuteho přiacutekonu

radic

Poklesne-li poteacute činnyacute přiacutekon pod nastavenou procentuaacutelniacute hodnotu P (př 85 Pn) motor vypne

tj bude-li PPn le 085

Experimentaacutelniacutem měřeniacutem v raacutemci laboratorniacute uacutelohy byla pomociacute přiacutestroje Yokogawa WT1800

změřena zaacutevislost uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute motoru Z vyacutesledneacuteho grafu (Obr 37) je

patrneacute že se snižovaacuteniacutem zatiacuteženiacute rotoru klesaacute velikost uacutečiniacuteku Naměřeneacute hodnoty pro konstrukci

grafu jsou uvedeny v přiacuteloze

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 38

Obr 36 Charakteristiky asynchronniacuteho motoru při zatiacuteženiacute [11]

Obr 37 Graf zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti P2

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

01

02

03

04

05

06

07

08

09

0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000

P1 [

W]

cos

ϕ [

-]

P2 [W]

P2 P1 Q1

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 39

35 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

Princip ochrany

Je-li poměr nejnižšiacuteho proudu (Imin) a nejvyššiacuteho proudu (Imax) ve faacuteziacutech nad nastavenou

uacuterovniacute pro varovaacuteniacute sepne signalizace ztraacutety faacuteze Jakmile ovšem tento poměr překročiacute

nastavenou hodnotu pro odpojeniacute motoru sepne zpožděniacute vypnutiacute a podle nastaveneacute třiacutedy

přetiacuteženiacute motor po uplynutiacute časoveacuteho intervalu odpojiacute

Funkce faacutezoveacute nesymetrie je aktivniacute pouze tehdy je-li proud ve všech třech faacuteziacutech gt 25 In

(jmenoviteacuteho proudu) [1]

Naacutesledujiacuteciacute rovnice představuje vyacutepočet procentuaacutelniacuteho poměru proudu pro vypnutiacute motoru při

uacuteplneacute ztraacutetě faacuteze

(

)

36 Ochrana sledu faacuteziacute

Ochrana sledu faacuteziacute hliacutedaacute zejmeacutena spraacutevnyacute směr otaacutečeniacute motoru Důležiteacute pro použitiacute teacuteto

ochrany je miacutesto zapojeniacute napěťoveacuteho modulu VI15x Pokud by byl modul zapojen za stykači

nastala by chyba při reverzniacutem zapojeniacute Na stykačiacutech dochaacuteziacute zapojeniacutem k zaacuteměně dvou

faacutezovyacutech vodičů a tiacutem i změně směru otaacutečeniacute motoru UMC s pomociacute VI150 vyhodnotiacute situaci

jako chybovou a vypne motor Napěťovyacute modul se tedy zpravidla umiacutesťuje hned za hlavniacute jistiacuteciacute

prvek viz Obr 44

37 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Jedno z největšiacutech nebezpečiacute pro motor představuje ztraacuteta jedneacute napaacutejeciacute faacuteze Chod na 2

napaacutejeciacute faacuteze zatěžuje motor na tepelneacute uacutečinky proudu vlivem zvyacutešeniacute proudu ve zbylyacutech 2

faacuteziacutech UMC100 v tomto přiacutepadě vypiacutenaacute motor podle předem stanovenyacutech časovyacutech intervalů

Intervaly vypnutiacute jsou stejneacute jako pro ochranu proti proudoveacutemu přetiacuteženiacute (Tab 32) a

odpoviacutedajiacute nastaveneacute třiacutedě přetiacuteženiacute Tuto ochranu dřiacuteve zajišťovalo tepelneacute releacute ktereacute v tomto

přiacutepadě nemusiacute byacutet použito

38 PTC ochrana

381 Termistor

Termistor je polovodičovyacute nelineaacuterniacute dvojpoacutel jehož odpor se měniacute v zaacutevislosti na teplotě

prostřediacute ve ktereacutem pracuje Jeho vyacutehodou je že velmi rychle a citlivě reaguje na změnu teploty

Rozlišujeme zpravidla 2 druhy termistorů

1 NTC (Negative Temperature Coefficient) - termistor se zaacutepornyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou klesaacute jeho odpor (roste elektrickaacute vodivost a proud)

2 PTC (Positive Temperature Coefficient) ndash termistor s kladnyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou jeho odpor roste

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 40

Obr 38 Zaacutevislost odporu termistoru na teplotě

Použitiacute termistorů

NTC termistory se použiacutevajiacute zpravidla k měřeniacute teploty PTC se nejčastěji využiacutevaacute

v kuchyňskyacutech spotřebičiacutech kde je požadovaacutena konstantniacute teplota v termostatech a pro hliacutedaacuteniacute

teploty vinutiacute motorů

382 Princip PTC ochrany v UMC

Ochrana obecně spadaacute do skupiny proudově nezaacutevislyacutech ochran Pro připojeniacute PTC

termistoru sloužiacute na UMC100 svorky s označeniacutem T1 a T2 PTC zvyšuje svůj odpor s rostouciacute

teplotou proto je možneacute ho použiacutet pro hliacutedaacuteniacute teploty např vinutiacute statoru UMC je schopneacute

vyhodnotit tuto změnu odporu a vydaacute signaacutel k odpojeniacute motoru od siacutetě [7]

39 Ochrana při zemniacutem spojeniacute

Ochrana při zemniacutem spojeniacute spočiacutevaacute v ochraně motoru siacutetě a technologie při nežaacutedouciacutech

vlivech způsobenyacutech zejmeacutena staacuternutiacutem izolace a jejiacutem zhoršenyacutem izolačniacutem uacutečinkem

Naacutesledkem přetěžovaacuteniacute vedeniacute vlhkostiacute kondenzaciacute vody v elektrickeacutem zařiacutezeniacute nebo vrstvou

vodiveacuteho prachu jsou praacutevě zhoršeneacute vlastnosti izolačniacuteho materiaacutelu To vede k nechtěneacutemu

zemniacutemu spojeniacute Zemniacute spojeniacute je monitorovaacuteno pomociacute UMC spolu se zařiacutezeniacutem CEM11 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 41

DEMONSTRAČNIacute PŘIacutePRAVEK 4

41 Naacutevrh přiacutepravku

Pro demonstraci UMC100 a dalšiacutech prvků řady produktů od společnosti ABB sro byl

navržen přiacutepravek pomociacute software AutoCAD a Inventor Professional kteryacute byl poteacute zrealizovaacuten

a oživen Nosnaacute konstrukce (Obr 41) je vyrobena z jӓckelu o rozměru 25x25mm

Obr 41 Nosnaacute konstrukce

Čelniacute panel tvořiacute plech s rozměry 500x400mm a tloušťky 2mm Plech je osazen

rozvaděčovyacutemi kanaacutely 25x60mm a všemi potřebnyacutemi komponentami pro realizaci zapojeniacute

Vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho panelu s otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky a ovlaacutedaciacute tlačiacutetka motoru je na

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

Seznam použityacutech komponent Vyacuterobce

3-poacutelovyacute jistič C16 OEZ

Pojistkoveacute pouzdro RSP 4 Elektro Bečov

Komunikačniacute modul MTQ22-FBP ABB

Motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP ABB

Napěťovyacute modul VI150-FBP ABB

Rozšiřovaciacute modul DX122-FBP ABB

Ministykač LC1K09(LC1K12) Schneider Electric

Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A ABB

Rozvaděčovyacute kanaacutel 25x60mm KOPOS

Přiacutestrojoveacute zdiacuteřky 4mm do panelu AMASS

Tlačiacutetka do panelu 250V1A JIETONG

Tab 41 Seznam použityacutech komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 42

Pro konstrukci je důležiteacute aby navrženyacute panel rozměrově odpoviacutedal všem potřebnyacutem přiacutestrojům

a modulům Pro tuto přiacuteležitost je pomociacute software AutoCAD vytvořen vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho

panelu Obr 43 kteryacute je konstruovaacuten

Navrženyacute nosnyacute plech tloušťky 2mm na ktereacutem jsou umiacutestěny veškereacute komponenty Obr 42

Ve vrchniacute polovině plechu jsou vyvrtaacuteny otvory o průměru 4mm sloužiacuteciacute pro uchyceniacute

rozvaděčoveacuteho kanaacutelu a DIN lišty Ve středniacute čaacutesti plechu jsou 4 průvlečneacute otvory určeneacute k

průchodu vodičů ze zadniacute čaacutesti plechu (od napaacutejeciacutech svorek) do rozvaděčoveacuteho kanaacutelu na straně

předniacute Pro tuto potřebu jsou stejneacute otvory vyvrtaacuteny takeacute do dna kanaacutelu Ve spodniacute čaacutesti jsou

otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky pomociacute kteryacutech je zajištěno napaacutejeniacute panelu a poteacute napaacutejeniacute motoru

a 3 otvory na ovlaacutedaciacute tlačiacutetka k zajištěniacute ovlaacutedaacuteniacute motoru Uchyceniacute plechu k nosneacute konstrukci

je provedeno samořeznyacutemi šroubky M5 v roziacutech plechu

Obr 42 Naacutevrh plechu panelu

Vyacutekres plechu s udaacuteniacutem koacutet je obsažen v přiacuteloze praacutece viz Obr 01

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 43

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 44

42 Scheacutema zapojeniacute přiacutepravku

Demonstračniacute panel je uzpůsoben pro reverzniacute chod trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 44 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho přiacutepravku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 45

43 Vyacuteslednyacute přiacutepravek

Vyacuteslednyacute osazenyacute a zapojenyacute přiacutepravek určenyacute pro laboratorniacute uacutelohu doplněnyacute vhodnyacutemi

štiacutetky pro ovlaacutedaacuteniacute a zapojeniacute napaacutejeciacute siacutetě (VSTUP) a motoru (VYacuteSTUP)

Obr 45 Demonstračniacute přiacutepravek

Zadniacute čaacutest panelu s izolovaacuteniacutem konektorů FASTON pomociacute teplem smrštitelneacute bužiacuterky před

nebezpečnyacutem dotykem živeacute čaacutesti

Obr 46 Zadniacute pohled

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 46

44 Demonstračniacute kufr pro ABB

Pro společnost ABB sro byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 prezentujiacuteciacute

jeho možnosti Zaacutekladniacutem požadavkem naacutevrhu bylo řešeniacute pomociacute jednofaacutezoveacuteho napaacutejeniacute

Jelikož UMC100 je uzpůsobeno pro chod trojfaacutezovyacutech motorů je použit frekvenčniacute měnič

ACS50 kteryacute nabiacuteziacute při napaacutejeniacute pomociacute jednofaacutezoveacute siacutetě na sveacutem vyacutestupu napětiacute 3x230V50Hz

Pro digitaacutelniacute vstupy UMC100 a rozšiřovaciacuteho modulu DX111 je navrženo použitiacute dvoupoacutelovyacutech

paacutečkovyacutech přepiacutenačů s funkciacute (ON)-OFF-ON s napětiacutem 24V DC K signalizaci aktivniacutech vstupů

a vyacutestupů je navrženo použitiacute zelenyacutech signaacutelek Ovlaacutedaciacute panel kufru obsahuje spiacutenače pro

simulaci ztraacutety napaacutejeciacute faacuteze motoru potenciometr k simulaci faacutezoveacute nesymetrie daacutele červenou

signaacutelku pro signalizaci poruchovyacutech stavů a žlutou pro chod motoru Všechny přepiacutenače a

signaacutelky jsou přiacutestupneacute uživateli prostřednictviacutem navrženeacuteho ovlaacutedaciacuteho panelu kteryacute současně

posloužiacute jako kryt kufru (Obr 02) Jelikož pro přenosnyacute kufr neniacute nejvhodnějšiacute použitiacute

asynchronniacuteho motoru je proto použit 6-poacutelovyacute synchronniacute motor s přiacutekonem 23VA

vyacutestupniacutem vyacutekonem 105W a jmenovityacutem proudem 100mA

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 47

Obr 47 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho kufru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 48

SIMULACE OCHRAN 5Kapitola obsahuje soupis simulaciacute ochran ktereacute jsou demonstrovaacuteny v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jež se zabyacutevaacute problematikou UMC100 Z širokeacute škaacutely ochran jsou vybraacuteny 4 situace ktereacute

se v průmyslu často vyskytujiacute

51 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

K nasimulovaacuteniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii je použit posuvnyacute potenciometr kteryacute je

připojen na svorky (12) Pomociacute potenciometru bude snižovaacutena velikost napětiacute na přiacutevodniacute faacutezi

do motoru (L1) Pro demonstraci ochrany je použit napěťovyacute modul VI150 spolu s UMC100 Na

svorky modulu označeneacute (L1L2 a L3) jsou přivedeny faacuteze v uvedeneacutem sledu Při zvyšovaacuteniacute

odporu rezistoru ve faacutezi dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute napětiacute na přiacutevodniacute svorce (L1) vlivem rostouciacuteho

uacutebytku napětiacute na daneacutem rezistoru Je-li napěťovyacute modul propojen vodičem s UMC a je-li spraacutevně

nastaven UMC vyhodnotiacute po určiteacutem poklesu napětiacute a naacuterůstu proudu ve zbylyacutech dvou faacuteziacutech

(L2 a L3) jako chybovou a vybaviacute Nejprve bude vybaveno varovaacuteniacute a poteacute dojde k odpojeniacute

motoru

52 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze je motor vystaven vysokeacutemu riziku což většinou vede k jeho

zničeniacute Demonstrace ochrany proběhne uacuteplnyacutem odpojeniacutem napaacutejeciacute faacuteze L2 Pro vybaveniacute

ochrany neniacute zapotřebiacute aby byl motor v chodu neboť použitiacute napěťoveacuteho modulu VI150

detekuje nepřiacutetomnost napětiacute faacuteze a vybaviacute Při chodu motoru ochrana vybaviacute od 15s pro třiacutedu

5E a do 12s pro 40E podle nastaveneacute třiacutedy přetiacuteženiacute viz Tab 32 Princip funkce při chodu

motoru spočiacutevaacute v porovnaacuteniacute nejvyššiacute a nejnižšiacute naměřeneacute hodnoty faacutezoveacuteho proudu s

nastavenyacutemi uacuterovněmi Vyacutehodou je že signalizuje varovaacuteniacute ještě před samotnyacutem spuštěniacutem

motoru kdy může nastat stav že je přepaacutelena pojistka a obsluha toto nezaznamenala Mimo

přepaacuteleneacute pojistky se může takeacute jednat o uvolněnyacute nebo opotřebenyacute kontakt

53 Ochrana sledu faacuteziacute

Pro spraacutevnyacute chod motoru a diagnostiku pomociacute kontroleacuteru s použitiacutem napěťoveacuteho modulu je

zapotřebiacute dodržet sled faacuteziacute tzn Faacutezovyacute vodič L1rarrsvorka L1 L2 rarrsvorka L3 a L3rarrsvorka L3

Při zaacuteměně některyacutech faacutezovyacutech vodičů neprodleně vybaviacute ochrana sledu faacuteziacute a neniacute dovoleno

spuštěniacute motoru do okamžiku dokud neniacute obsluhou tento probleacutem vyřešen

54 PTC ochrana

Pro vyhodnocovaacuteniacute teploty vinutiacute statoru motoru sloužiacute termistor PTC Při zvyacutešeniacute teploty

nastaacutevaacute zvyacutešeniacute odporu termistoru (viz Obr 38) a motor odpojiacute Udaacutevanaacute odezva UMC na

změnu odporu je v rozmeziacute R = 34-38kΩ

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 49

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany

Z důvodu ochrany motoru neniacute vhodneacute vystavovat motor zvyacutešeneacute teplotě pro nastiacuteněniacute funkce

PTC ochrany Pro tento uacutečel posloužiacute zhotovenyacute box osazenyacute lineaacuterniacutem potenciometrem

s hodnotou odporu 25kΩ jemuž jsou předřazeny odpory 1kΩ a 330Ω

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 50

LABORATORNIacute UacuteLOHA 6

61 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100

Uacutekolem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute řiacutediacuteciacute a kontrolniacute jednotkou pro

provoz trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru UMC100

Motorovyacute kontroleacuter nabiacuteziacute 3 releacuteoveacute vyacutestupy Tyto vyacutestupy jsou připojitelneacute na napětiacute 230V AC s

maximaacutelniacutem proudem 1A Releacuteoveacute vyacutestupy sloužiacute zejmeacutena pro připojeniacute budiacuteciacutech ciacutevek stykačů

Hlavniacute vstupy jsou tvořeny seacuteriiacute svorek jež je umiacutestěnaacute ve spodniacute čaacutesti kontroleacuteru Svorky nesou

označeniacute (DI0 DI1 hellip DI5) Tyto digitaacutelniacute vstupy pracujiacute s napětiacutem 24V DC a sloužiacute pro

připojeniacute ovlaacutedaciacutech tlačiacutetek jako start motoru stop motoru reverzaci rozběh hvězda-trojuacutehelniacutek

nebo např použitiacute vstupu pro koncovyacute spiacutenač pro připojeniacute pomocnyacutech kontaktů stykačů či

funkci aktuaacutetor kdy je ovlaacutedaacuten pohon ventilu Vše podle nastaveniacute uživatele a pracovniacuteho

procesu Vedle hlavniacutech vstupniacutech kontaktů se nachaacuteziacute takeacute jeden vyacutestupniacute s označeniacutem (DO3)

Tento digitaacutelniacute vyacutestup lze využiacutet k připojeniacute 24V DC signalizačniacute kontrolky pro chybovaacute hlaacutešeniacute

modulu UMC100 nabiacuteziacute integrovanyacute vstup pro připojeniacute PTC termistoru Diacuteky PTC jsme

schopni hliacutedat teplotu statoroveacuteho vinutiacute a předejiacutet tiacutem zaacutevažneacutemu poškozeniacute motoru

Hlavniacute obvod

Měřeniacute proudu faacutezovyacutemi vodiči je řešeno pomociacute 3 průvlečnyacutech ok integrovanyacutech v modulu

Tato průvlečnaacute oka jsou měřiacuteciacutemi transformaacutetory proudu navinutyacutemi na toroidniacutem jaacutedře Diacuteky

těmto transformaacutetorům je kontroleacuter schopnyacute měřit proud v rozsahu 024 až 63A Pro vyššiacute

hodnoty proudů až 850A se použiacutevaacute externiacute proudovyacute transformaacutetor

Možnost rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru

UMC se v průmyslovyacutech aplikaciacutech nejčastěji použiacutevaacute s využitiacutem napěťoveacuteho a rozšiřovaciacuteho

(vstupně-vyacutestupniacuteho) modulu Pro laboratorniacute uacutelohu je použit napěťovyacute modul VI150 a

rozšiřovaciacute modul DX122 jenž jsou připojeny k UMC pomociacute UMCIO-CAB přes svorky

s označeniacutem Ca a Cb

Napěťovyacute modul VI150

K demonstraci kontroleacuteru je použit modul s označeniacutem VI150 Zařiacutezeniacute disponuje konektory pro

připojeniacute faacutezovyacutech vodičů (L1 L2 a L3) a je schopneacute měřit hodnotu sdruženeacuteho napětiacute siacutetě

S naměřenyacutemi hodnotami faacutezoveacuteho proudu pomociacute UMC dostaacutevaacuteme takeacute hodnotu faacutezoveacuteho

posuvu mezi napětiacutem a proudem tedy uacutečiniacuteku cos φ Z těchto naměřenyacutech parametrů vypočiacutetaacute

řiacutediacuteciacute jednotka kontroleacuteru činnyacute přiacutekon Ovšem pro spraacutevnou detekci napětiacute je nutneacute dodržet

zapojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 51

Vstupně-vyacutestupniacute modul DX122

Modul umožňuje rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru o dalšiacutech 8 digitaacutelniacutech vstupů na napětiacute 110-230V AC 4

releacuteoveacute vyacutestupy a 1 analogovyacute vyacutestup Pomociacute programu ABB Asset Vision Basic je možneacute

přiacutemeacute přiřazeniacute parametrů a programovaacuteniacute UMC100 a takeacute všech zařiacutezeniacute kteraacute jsou vybavena

DTM (Device Type Manager)- naacutestroj pro konfiguraci a spraacutevu zařiacutezeniacute

Komunikačniacute modul MTQ22

O komunikaci mezi UMC a PC se staraacute modul MTQ22 V software vytvořeneacutem pomociacute

vyacutevojoveacuteho prostřediacute LabVIEW lze sledovat aktuaacutelniacute měřeneacute veličiny zobrazenaacute varovaacuteniacute

poruchovyacutech stavů informace o stavu vstupů a vyacutestupů apod

Napaacutejeciacute zdroj

Napaacutejeniacute modulů zajišťuje zdroj CP-D 2413A s regulaciacute vyacutestupniacuteho napětiacute Regulace je možnaacute

v rozpětiacute 24-28V DC Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute zdroje je umožněna z důvodu požadavku

přesneacuteho napětiacute 24V DC Vlivem zatiacuteženiacute (napaacutejeniacute UMC VI a DX) vyacutestupniacute napětiacute zdroje klesaacute

podle zatěžovaciacute charakteristiky přiacuteslušneacuteho zdroje CP-D sloužiacute takeacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacutech

vstupů UMC

Ochranneacute funkce

UMC nenabiacuteziacute pouze možnost měřeniacute faacutezoveacuteho proudu ale takeacute řadu ochran při poruchovyacutech

stavech provozu Nejčastěji v praxi využiacutevanaacute ochrana je ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute kteraacute

je doprovaacutezena varovnou signalizaciacute nastaacutevajiacuteciacute poruchy

Ochrana motoru při proudoveacutem podtiacuteženiacute pracuje na obdobneacutem principu jako předchoziacute ochrana

Kontroleacuter monitoruje hladinu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu Při jeho poklesu pod nastavenou

uacuteroveň maximaacutelniacuteho dovoleneacuteho poklesu (udaacutevaneacute relativně v k jmenoviteacutemu In) dochaacuteziacute k

signalizaci chyby a odpojeniacute motoru od siacutetě

PTC ochrana spočiacutevaacute v hliacutedaacuteniacute teploty statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru pomociacute PTC

termistoru V našem přiacutepadě je použito lineaacuterniacuteho potenciometru kdy se zvyšujiacuteciacutem se odporem

potenciometru simulujeme zvyšujiacuteciacute se teplotu statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru

Při ztraacutetě některeacute napaacutejeciacute faacuteze motoru dochaacuteziacute k okamžiteacutemu blokovaacuteniacute startu motoru

Ochrana sledu faacuteziacute zajistiacute spraacutevneacute zapojeniacute vodičů L1 L2 a L3 ktereacute je slučitelneacute s nastaveniacutem v

UMC

Vlivem přerušovaneacuteho provozu např S3 kdy nedochaacuteziacute v době klidu a odpojeniacute motoru k

poklesu teploty na teplotu okoliacute může vybavit Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute - Thermal

Overload Protection (TOL)

Zablokovaniacute rotoru byacutevaacute způsobeno přiacuteliš vysokyacutem zaacutetěžnyacutem momentem Mz na hřiacutedeli motoru

nebo mechanickou poruchou Kontroleacuter je při startu schopen detekovat tento stav

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 52

62 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute uacutelohy a scheacutema zapojeniacute panelu

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 53

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 54

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha

Štiacutetek použiteacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 64 Štiacutetek motoru

63 Popis scheacutematu zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

Na vstupniacute svorky s označeniacutem VSTUP (L1 L2 L3 N PE) jsou přivedeny přiacuteslušneacute vodiče

z pracovniacuteho stolu Hlavniacute 16A jistič s vypiacutenaciacute charakteristikou typu C sloužiacute pro jištěniacute siloveacute

čaacutesti obvodu Pro jištěniacute napaacutejeciacuteho zdroje CP-D sloužiacute tavnaacute pojistka 2T250V Napěťoveacute

vstupy na modul VI150 jsou jištěny tavnou pojistkou F125250V Posuvnyacute potenciometr

umiacutestěnyacute na faacutezoveacutem vodiči L1 sloužiacute k demonstraci ochrany při faacutezoveacute nesymetrii

Komunikačniacute modul MTQ22 zajišťuje komunikaci mezi UMC a PC kdy prostřednictviacutem

Ethernetoveacute siacutetě jsme schopni čiacutest měřeneacute veličiny

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 55

64 Pracovniacute postup

1 Seznamte se s kontroleacuterem UMC100 a ostatniacutemi komponenty použityacutemi pro laboratorniacute

uacutelohu a se scheacutematem zapojeniacute uacutelohy

2 Připojte elektromotor a vstupniacute svorky na přiacuteslušneacute zdiacuteřky Před připojeniacutem vyacutekonoveacuteho

potenciometru ověřte měřeniacutem jeho minimaacutelniacute a maximaacutelniacute hodnotu odporu a

poznamenejte si je

3 Připojte potenciometr na určeneacute zdiacuteřky označeneacute čiacutesly 1 a 2 a nastavte hodnotu odporu

4 Po kontrole zapojeniacute vyučujiacuteciacutem zapněte pracoviště a nastavte autotransformaacutetor na 100

vyacutestupniacuteho napětiacute Zapněte hlavniacute jistič Kontrola a nastaveniacute komunikace mezi UMC

DX a VI

Nastaveniacute Komunikace se provede přes LCD displej naacutesledujiacuteciacutem způsobem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on

5 Stiskem tlačiacutetka VPŘED nebo VZAD na panelu uvedeme motor do chodu Pro přechod

z jednoho směru do druheacuteho je nutneacute nejprve zastavit motor tlačiacutetkem STOP Při

zastaveniacute je kontroleacuterem motor blokovaacuten po dobu 3s před dalšiacutem spuštěniacutem z důvodu

doběhu motoru Pohybem tlačiacutetek nahoru dolů pomociacute LCD v hlavniacute nabiacutedce - UMC -

můžeme sledovat aktuaacutelniacute proud motoru sdruženeacute napětiacute odebiacuteranyacute přiacutekon ze siacutetě

uacutečiniacutekhellip

6 Při provaacuteděniacute uacutelohy na brzdě (dynamometru) ověřte funkci ochrany při zablokovaacuteniacute

rotoru funkci ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a proudoveacutem přetiacuteženiacute

7 Při vybaveniacute každeacute z ochran zaznamenejte hodnotu kdy vypnula Před novyacutem startem je

důležiteacute přečiacutest zaacuteznam důvodu poruchy a proveacutest reset na panelu UMC100-PAN jinak je

START blokovaacuten

65 Měřeniacute

OCHRANA PŘED PŘEHŘAacuteTIacuteM MOTORU

Potenciometrem označenyacutem PTC je zvyšovaacutena hodnotu odporu do okamžiku kdy dojde

k odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě zapůsobeniacutem PTC ochrany Hodnota odporu potenciometru

při vybaveniacute ochrany je určena měřeniacutem na 341kΩ Odpoviacutedajiacuteciacute hodnotu teploty motoru

odečteme z grafu a hodnoty odporu potenciometru při vypnutiacute

Do tabulky zapište změřenou hodnotu odporu potenciometru při vypnutiacute Při teacuteto hodnotě odporu

odečtěte teplotu motoru z grafu Ziacuteskanou teplotu porovnejte s vypočtenou teplotou motoru

Tabulka naměřenyacutech a vypočtenyacutech hodnot

R ϑg R0 ϑ

[Ω] [degC] [Ω] [degC]

3410 136 1320 13626

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 56

Vyacutepočet vychaacuteziacute ze vztahu pro zaacutevislost elektrickeacuteho odporu vodiče na teplotě

(651)

kde

(652)

Po uacutepravě pak

α - teplotniacute součinitel elektrickeacuteho odporu (K-1

) (α = 001162 K-1

)

R0 - odpor potenciometru v zaacutekladniacute poloze

R - odpor potenciometru při vybaveniacute ochrany

ϑg - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute odečtenaacute z grafu

ϑ - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute ndash vypočtenaacute

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

R [

Ω]

ϑ [degC]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 57

Vinutiacute motoru je izolovaacuteno izolaciacute třiacutedy F (155)

Třiacuteda izolace A E B F H

Okolniacute teplota [degC] 40 40 40 40 40

Povolenyacute naacuterůst teploty [degC] 60 75 80 105 125

Teplotniacute rezerva 5 5 10 10 15

Konečnaacute teplota 105 120 130 155 180

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru [12]

OCHRANA PŘED NESPRAacuteVNYacuteM SLEDEM FAacuteZIacute

Nedodrženiacutem sledu napaacutejeciacutech faacutezovyacutech vodičů (zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů svorek L2 a L3)

jak je nastaveno v UMC provaacutediacute napěťovyacute modul blokaci startu motoru V tomto přiacutepadě

vybavuje neprodleně ochrana sledu faacuteziacute ndashPhase sequence Funkci zaznamenejte do protokolu

OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII

Zvyšovaacuteniacutem odporu vyacutekonoveacuteho potenciometru zapojeneacuteho ve faacutezi L1 (viz scheacutema zapojeniacute

uacutelohy) dochaacuteziacute k simulaci faacutezoveacute nesymetrie siacutetě Motor je odpojen v okamžiku kdy poklesne

hodnota sdruženeacuteho napětiacute mezi faacutezemi L3 a L1 přibližně na hodnotu Us = 380V Velikost

odporu při vybaveniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii činiacute 101Ω Hodnotu nesymetrie zaznamenejte

do protokolu

OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE

Ztraacuteta faacuteze se realizuje pomociacute spiacutenače v pracovniacutem stole kdy odpojiacuteme napaacutejeciacute faacutezi Změřte

čas od odpojeniacute faacuteze L2 do vybaveniacute ochrany při ztraacutetě faacuteze a poznamenejte do protokolu

66 Demonstrace ochran při použitiacute dynamometru

OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU

K testu ochrany při zablokovaacuteniacute rotoru posloužiacute dynamometr jehož hřiacutedel je spojenaacute se hřiacutedeliacute

asynchronniacuteho motoru pomociacute spojky Hřiacutedel dynamometru je poteacute mechanicky zablokovaacutena

Stiskem přiacuteslušneacuteho tlačiacutetka je proveden start motoru a sledovaacuten proud při odpojeniacute motoru od

siacutetě a čas odpojeniacute Proud při vybaveniacute ochrany při mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru dosaacutehl

hodnoty 1978A což odpoviacutedaacute 582In

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute ndash (High current protection)

Pro simulaci proudoveacuteho přetiacuteženiacute maacuteme nastavenou hodnotu odebiacuteraneacuteho proudu na 130 pro

odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě Snižovaacuteniacutem jmenovityacutech otaacuteček motoru pomociacute dynamometru

(bržděniacutem tzn n rarr 0) dochaacuteziacute k naacuterůstu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu I Odpojeniacute nastalo při

odebiacuteraneacutem proudu 447A Nastaveneacute hodnotě (13In ) naacuteležiacute proud 442A Tiacutem lze konstatovat

že vyacutesledek měřeniacute je srovnatelnyacute s hodnotami uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute

Stav proudoveacuteho podtiacuteženiacute nedostatečneacuteho proudoveacuteho zatiacuteženiacute použiacutevanyacute zejmeacutena u čerpadel

je simulovaacuten pomociacute dynamometru kdy je nastavenaacute hodnota poklesu aktuaacutelniacuteho proudu na

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 58

085In a čas odpojeniacute od siacutetě na 10s Po roztočeniacute a zatiacuteženiacute motoru na hodnotu jmenoviteacuteho

proudu jsou pomociacute dynamometru zvyšovaacuteny otaacutečky motoru n Tento proces maacute za naacutesledek

snižovaacuteniacute aktuaacutelniacuteho proteacutekaneacuteho proudu I kdy motor ztraacuteciacute zatiacuteženiacute Nastaveneacute hodnotě

podtiacuteženiacute odpoviacutedaacute aktuaacutelniacute proud 289A Při dosaženiacute teacuteto uacuterovně je spuštěn odpočet a motor za

10s odpojen

67 Vyhodnoceniacute a zaacutevěr

Vyacutesledkem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute technologiiacute pro diagnostiku

veličin při chodu trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru Při demonstračniacute simulaci ochran byly

dosaženy naacutesledujiacuteciacute vyacutesledky PTC ochrana vybavuje při hodnotě odporu 341kΩ Tato hodnota

odpoviacutedaacute teplotě ϑg = 136degC odečteneacute z grafu Vypočtenaacute teplota ϑ = 13626degC Vyacuterobce uvaacutediacute

zapůsobeniacute ochrany při hodnotě odporu v rozsahu 34-38kΩ Zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů L2 a

L3 proběhla okamžitaacute blokace spuštěniacute motoru Faacutezovaacute nesymetrie vybavila při poklesu napětiacute o

5 Ztraacutetou napaacutejeciacute faacuteze proběhlo odpojeniacute motoru v čase t = 15s Čas odpojeniacute odpoviacutedaacute třiacutedě

přetiacuteženiacute 5E kteraacute je nastavena

Při testu za použitiacute dynamometru bylo zjištěno že při zablokovaneacutem rotoru motoru zapůsobil

kontroleacuter při nastaveneacutem přetiacuteženiacute 3In Teacuteto hodnotě naacuteležiacute proud 102A Jelikož je nastavena

třiacuteda přetiacuteženiacute 5E ktereacute naacuteležiacute interval 15s a poteacute odpojeniacute motoru tak během tohoto okamžiku

vzrostla hodnota proudu na 1978A což odpoviacutedaacute 582In Při proudoveacutem přetiacuteženiacute odpoviacutedaly

vyacutesledky měřeniacute nastaveneacute hodnotě přetiacuteženiacute 13In Ve stavu proudoveacuteho podtiacuteženiacute zapůsobila

ochrana spraacutevně dle nastaveneacuteho poklesu proudu na 085In

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 32: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 32

311 Určeniacute teploty vinutiacute a vypiacutenaciacute třiacutedy

Podle způsobu určeniacute teploty vinutiacute motoru se ochrany rozlišujiacute na proudově nezaacutevisleacute a

proudově zaacutevisleacute

Proudově nezaacutevisleacute ochrany měřiacute přiacutemo teplotu ve vinutiacute motoru pomociacute vhodneacuteho čidla

teploty zpravidla termistoru Tiacutemto způsobem lze zjistit nedovoleneacute otepleniacute způsobeneacute např

poruchou cirkulace vzduchu kterou proudově zaacutevislaacute ochrana neniacute schopna vyhodnotit

Proudově zaacutevisleacute ochrany vyhodnocujiacute teplotu vinutiacute motoru nepřiacutemo a to prostřednictviacutem

vyacutepočtoveacuteho modelu z provozniacuteho proudu motoru Zvyacutešeniacute provozniacuteho proudu motoru maacute za

naacutesledek otepleniacute ktereacute vede trvaacute-li delšiacute dobu k poškozeniacute nebo zničeniacute motoru Ochrana při

tepelneacutem přetiacuteženiacute ndash TOL chraacuteniacute motor před přehřaacutetiacutem Tepelnyacute model je vypočiacutetaacutevaacuten za chodu i

v klidu motoru a z těchto stavů se pak zjistiacute tepelnaacute kapacita Znalost teacuteto hodnoty vede

k maximalizaci produktivity Funkčnost tepleneacuteho modelu je v souladu s normou

Při použitiacute motoru pro cyklickeacute operace dochaacuteziacute ke schodoviteacutemu zvyšovaacuteniacute teploty motoru Je

zapotřebiacute volit spraacutevnyacute čas intervalu mezi cykly aby nedochaacutezelo k přehřaacutetiacute a zbytečneacutemu

poškozeniacute izolace vinutiacute motoru

Funkce Thermal load (tzv tepelnaacute zaacutetěž) hliacutedaacute poměr aktuaacutelniacuteho prochaacutezejiacuteciacuteho proudu I a

jmenoviteacuteho proudu In motoru Jakmile poměr IIn přesaacutehne 100 začiacutenaacute odpočet TTT a motor

bude odpojen po uplynutiacute nastaveneacute periody Možnost opětovneacuteho spuštěniacute přetiacuteženeacuteho motoru

proběhne po jeho vychladnutiacute To je možneacute nastavit dvěma způsoby [1]

1 Ručně nastavenou periodou během ktereacute je motor blokovaacuten proti spuštěniacute

(ovlivňovaacuteno velikostiacute motoru teplotou prostřediacute kde je motor použit zda je vybaven

ventilaacutetorem či neniacute apod)

2 Nastaveniacutem procentuaacutelniacute hodnoty tepelneacute kapacity do ktereacute nebude moci obsluha

motor spustit (při nastaveniacute 50 nedojde k odblokovaacuteniacute ochrany pokud neklesne

tepelnaacute kapacita pod zadanou hodnotu)

Určeniacute vypiacutenaciacute třiacutedy je představeno na naacutesledujiacuteciacutem přiacutekladu

Maacuteme-li trojfaacutezovyacute asynchronniacute motor o vyacutekonu 22kW poměr IIn = 5 a maximaacutelniacute dobu

rozběhu to = 10s Z přiloženeacuteho grafu vypiacutenaciacutech třiacuted pro studenyacute motor určiacuteme požadovanou

třiacutedu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 33

Obr 31 Vypiacutenaciacute třiacutedy pro UMC100-FBP[1]

Z vyacutesledku je patrneacute že motor budeme vypiacutenat proti přetiacuteženiacute podle třiacutedy 5E jelikož křivka

pro 5E je pod maximaacutelniacute dobou rozběhu to = 10s Pokud by došlo ke zvoleniacute např třiacutedy 10E

hrozilo by poškozeniacute motoru jelikož by na motor působilo přetiacuteženiacute delšiacute dobu než je tomu

dovoleno [10]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 34

32 Ochrana při zablokovaneacutem rotoru

V okamžiku připojeniacute motoru na napaacutejeciacute siacuteť se rotor neotaacutečiacute (n = 0 s = 1) Motor je ve

stavu nakraacutetko a jeho proud je omezen pouze ohmickyacutemi odpory a rozptylovyacutemi reaktancemi

vinutiacute Zaacuteběrnyacute proud I1z dosahuje většinou 4 až 10 x většiacutech hodnot než proud jmenovityacute In

Určit velikost tohoto proudu je možneacute ze vztahu 321

radic

kde

U1 - Vstupniacute napětiacute

R1 - Odpor primaacuterniacuteho vinutiacute

Xr1 - Reaktance statoroveacuteho vinutiacute

Xrsquor20 - Reaktance zabrzděneacuteho rotoru

Rlsquo2s - Celkovyacute činnyacute odpor rotoru

RFe - Činnyacute odpor magnetickeacuteho obvodu

Xm - Reaktance magnetickeacuteho obvodu

I1z - Zaacuteběrnyacute proud

Obr 32 Obvodovyacute model asynchronniacuteho motoru pro jednu faacutezi statoroveacuteho vinutiacute ndash nakraacutetko

Velkyacute zatěžovaciacute moment Mz nebo mechanickaacute porucha může zapřiacutečinit zablokovaacuteniacute rotoru

Ochrannaacute funkce detekuje dlouhou počaacutetečniacute situaci kteraacute je praacutevě důsledkem zmiacuteněnyacutech přiacutečin

UMC100 tiacutemto odpojiacute motor od napaacutejeniacute čiacutemž ho ochraacuteniacute od nadměrneacuteho tepelneacuteho namaacutehaacuteniacute

V uživatelskeacutem prostřediacute je možneacute individuaacutelně nastavit jak maximaacutelniacute proud tak i čas po

ktereacutem dojde k odpojeniacute zablokovaneacuteho motoru Pro experimentaacutelniacute použitiacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy je nastavena hodnota poměru pro odpočet a naacutesledneacute odpojeniacute IIn na 300 [1] [9]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 35

33 Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute zabezpečiacute odpojeniacute motoru vyskytne-li se v obvodu většiacute

hodnota proudu než nastavenaacute jmenovitaacute In Bliacuteže tuto funkci představiacute přiloženyacute průběh Funkce

je aktivniacute až po roztočeniacute motoru v okamžiku rozběhu je neaktivniacute

Princip ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Do okamžiku T1 od zapnutiacute klesne zaacuteběrnyacute proud na hodnotu cca Ix = 135 In V časoveacutem

uacuteseku T1 až T2 dochaacuteziacute k naacuterůstu prochaacutezejiacuteciacuteho proudu motorem V okamžiku T2 překročiacute

proud hodnotu Ivar Tiacutemto okamžikem začne odpočet nastaveneacute doby zpožděniacute tvar kteraacute po

uplynutiacute sepne signalizaci varovaacuteniacute nadproudoveacuteho přetiacuteženiacute Odpočet doby tvar narůstaacute je-li

proud motorem I gt Ivar Jakmile proud I ge Iodp dochaacuteziacute k sepnutiacute čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute todp

Platiacute-li podmiacutenka I ge Iodp a dojde k načteniacute hodnoty todp UMC100 odpojiacute motor od napaacutejeniacute a tiacutem

zabraacuteniacute jeho poškozeniacute

Obr 33 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu přetiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash dosaženiacute vysokeacute proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash dosaženiacute hodnoty proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

34 Ochrana při proudoveacutem podtiacuteženiacute

Jakmile hodnota (činneacuteho) proudu klesne pod nastavenou uacuteroveň kteraacute je pro danyacute proces

typickaacute dojde v UMC100 k vybaveniacute ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a motor odpojiacute od

napaacutejeniacute Tato ochrana se předevšiacutem využiacutevaacute pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacute funkce čerpadla když detekuje

ztraacutetu jeho saacuteniacute či pro paacutesoveacute dopravniacuteky ve vyacuterobniacutech provozech Včasneacute varovaacuteniacute a odpojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 36

motoru snižuje zejmeacutena prostoje vyacuteroby Princip varovaacuteniacute a odpojeniacute je představen na

naacutesledujiacuteciacutem průběhu jak tomu bylo u ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Princip ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute zobrazeneacuteho průběhu

Po poklesu aktuaacutelniacuteho proudu v okamžiku T1 motor normaacutelně běžiacute V časoveacutem uacuteseku T1 až

T2 dochaacuteziacute k poklesu proudu pod jmenovitou hodnotu In až na nastavenou hodnotu Ivar Při

dosaženiacute teacuteto hodnoty začne odpočet varovaacuteniacute proudoveacuteho podtiacuteženiacute Nepřesaacutehne-li proud za

dobu kratšiacute než tvar mez Ivar (tzn nevzroste-li se zpět k In) dojde ke spuštěniacute signalizace

proudoveacuteho podtiacuteženiacute Při pokračujiacuteciacutem poklesu proudu jak je patrneacute v časoveacutem intervalu T2-T3

až na mez Iodp dojde k čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute Při překročeniacute nastaveneacute doby todp a za

podmiacutenky že proud I le Iodp UMC100 motor odpojiacute od napaacutejeciacute siacutetě

Obr 34 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash niacutezkaacute proudovaacute uacuteroveň kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash hodnota proudu kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

Popis funkce ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute blokoveacuteho scheacutematu

Signaacutel Istart představuje hodnotu proudu po startu motoru- log 1(tzn Signalizace motoru v

chodu) Tento signaacutel tvořiacute vstup logickeacuteho hradla AND (1) Funkci tohoto hradla znaacutezorňuje

přiloženaacute tabulka Tab 33 Druhyacute vstup signalizuje aktuaacutelniacute hodnotu proudu kteraacute motorem

proteacutekaacute Je-li proud IltIvar detekuje hradlo AND druhou logickou jedničku a hradlo vybaviacute podle

přiloženeacute tabulky Tento signaacutel z hradla aktivuje časovač zpožděniacute varovaacuteniacute Po uplynutiacute

nastaveneacuteho časoveacuteho uacuteseku signalizuje podtiacuteženiacute Dochaacuteziacute-li staacutele k poklesu proudu až do

uacuterovně kdy IltIodp pak na druheacutem logickeacutem hradle AND (2) budou na vstupu log 1 Sepne

čiacutetaacuteniacute zpožděniacute vypnutiacute a po uplynutiacute doby UMC motor vypne

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 37

Obr 35 Blokoveacute scheacutema ochrany proti proudoveacutemu podtiacuteženiacute [1]

Vstup Vyacutestup

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

Tab 33 Princip funkce logickeacuteho hradla AND

341 Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek

Při chodu asynchronniacuteho motoru odebiacuteraacute stroj ze siacutetě jalovyacute proud kteryacute je potřebnyacute pro

vytvořeniacute magnetizace hlavniacuteho magnetickeacuteho obvodu Tento tzv magnetizačniacute proud je

nezaacutevislyacute na zatiacuteženiacute stroje Uplatněniacute nalezne zejmeacutena při chodu napraacutezdno a maleacutem zatiacuteženiacute

kdy je uacutečiniacutek motoru niacutezkyacute Motor maacute tedy nejleacutepe pracovat při plneacutem zatiacuteženiacute[11]

Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek jsou důležiteacute parametry pro detekovaacuteniacute niacutezkeacute zaacutetěže nebo situace bez

zaacutetěže např uzavřenyacute ventil Pomociacute napěťoveacuteho modulu VI15x a UMC je měřeno sdruženeacute

(faacutezoveacute) napětiacute faacutezovyacute proud čili i faacutezovyacute posuv mezi proudem a napětiacutem - cos φ Pomociacute těchto

parametrů je UMC schopneacute analogicky spočiacutetat hodnotu činneacuteho přiacutekonu

radic

Poklesne-li poteacute činnyacute přiacutekon pod nastavenou procentuaacutelniacute hodnotu P (př 85 Pn) motor vypne

tj bude-li PPn le 085

Experimentaacutelniacutem měřeniacutem v raacutemci laboratorniacute uacutelohy byla pomociacute přiacutestroje Yokogawa WT1800

změřena zaacutevislost uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute motoru Z vyacutesledneacuteho grafu (Obr 37) je

patrneacute že se snižovaacuteniacutem zatiacuteženiacute rotoru klesaacute velikost uacutečiniacuteku Naměřeneacute hodnoty pro konstrukci

grafu jsou uvedeny v přiacuteloze

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 38

Obr 36 Charakteristiky asynchronniacuteho motoru při zatiacuteženiacute [11]

Obr 37 Graf zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti P2

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

01

02

03

04

05

06

07

08

09

0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000

P1 [

W]

cos

ϕ [

-]

P2 [W]

P2 P1 Q1

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 39

35 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

Princip ochrany

Je-li poměr nejnižšiacuteho proudu (Imin) a nejvyššiacuteho proudu (Imax) ve faacuteziacutech nad nastavenou

uacuterovniacute pro varovaacuteniacute sepne signalizace ztraacutety faacuteze Jakmile ovšem tento poměr překročiacute

nastavenou hodnotu pro odpojeniacute motoru sepne zpožděniacute vypnutiacute a podle nastaveneacute třiacutedy

přetiacuteženiacute motor po uplynutiacute časoveacuteho intervalu odpojiacute

Funkce faacutezoveacute nesymetrie je aktivniacute pouze tehdy je-li proud ve všech třech faacuteziacutech gt 25 In

(jmenoviteacuteho proudu) [1]

Naacutesledujiacuteciacute rovnice představuje vyacutepočet procentuaacutelniacuteho poměru proudu pro vypnutiacute motoru při

uacuteplneacute ztraacutetě faacuteze

(

)

36 Ochrana sledu faacuteziacute

Ochrana sledu faacuteziacute hliacutedaacute zejmeacutena spraacutevnyacute směr otaacutečeniacute motoru Důležiteacute pro použitiacute teacuteto

ochrany je miacutesto zapojeniacute napěťoveacuteho modulu VI15x Pokud by byl modul zapojen za stykači

nastala by chyba při reverzniacutem zapojeniacute Na stykačiacutech dochaacuteziacute zapojeniacutem k zaacuteměně dvou

faacutezovyacutech vodičů a tiacutem i změně směru otaacutečeniacute motoru UMC s pomociacute VI150 vyhodnotiacute situaci

jako chybovou a vypne motor Napěťovyacute modul se tedy zpravidla umiacutesťuje hned za hlavniacute jistiacuteciacute

prvek viz Obr 44

37 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Jedno z největšiacutech nebezpečiacute pro motor představuje ztraacuteta jedneacute napaacutejeciacute faacuteze Chod na 2

napaacutejeciacute faacuteze zatěžuje motor na tepelneacute uacutečinky proudu vlivem zvyacutešeniacute proudu ve zbylyacutech 2

faacuteziacutech UMC100 v tomto přiacutepadě vypiacutenaacute motor podle předem stanovenyacutech časovyacutech intervalů

Intervaly vypnutiacute jsou stejneacute jako pro ochranu proti proudoveacutemu přetiacuteženiacute (Tab 32) a

odpoviacutedajiacute nastaveneacute třiacutedě přetiacuteženiacute Tuto ochranu dřiacuteve zajišťovalo tepelneacute releacute ktereacute v tomto

přiacutepadě nemusiacute byacutet použito

38 PTC ochrana

381 Termistor

Termistor je polovodičovyacute nelineaacuterniacute dvojpoacutel jehož odpor se měniacute v zaacutevislosti na teplotě

prostřediacute ve ktereacutem pracuje Jeho vyacutehodou je že velmi rychle a citlivě reaguje na změnu teploty

Rozlišujeme zpravidla 2 druhy termistorů

1 NTC (Negative Temperature Coefficient) - termistor se zaacutepornyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou klesaacute jeho odpor (roste elektrickaacute vodivost a proud)

2 PTC (Positive Temperature Coefficient) ndash termistor s kladnyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou jeho odpor roste

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 40

Obr 38 Zaacutevislost odporu termistoru na teplotě

Použitiacute termistorů

NTC termistory se použiacutevajiacute zpravidla k měřeniacute teploty PTC se nejčastěji využiacutevaacute

v kuchyňskyacutech spotřebičiacutech kde je požadovaacutena konstantniacute teplota v termostatech a pro hliacutedaacuteniacute

teploty vinutiacute motorů

382 Princip PTC ochrany v UMC

Ochrana obecně spadaacute do skupiny proudově nezaacutevislyacutech ochran Pro připojeniacute PTC

termistoru sloužiacute na UMC100 svorky s označeniacutem T1 a T2 PTC zvyšuje svůj odpor s rostouciacute

teplotou proto je možneacute ho použiacutet pro hliacutedaacuteniacute teploty např vinutiacute statoru UMC je schopneacute

vyhodnotit tuto změnu odporu a vydaacute signaacutel k odpojeniacute motoru od siacutetě [7]

39 Ochrana při zemniacutem spojeniacute

Ochrana při zemniacutem spojeniacute spočiacutevaacute v ochraně motoru siacutetě a technologie při nežaacutedouciacutech

vlivech způsobenyacutech zejmeacutena staacuternutiacutem izolace a jejiacutem zhoršenyacutem izolačniacutem uacutečinkem

Naacutesledkem přetěžovaacuteniacute vedeniacute vlhkostiacute kondenzaciacute vody v elektrickeacutem zařiacutezeniacute nebo vrstvou

vodiveacuteho prachu jsou praacutevě zhoršeneacute vlastnosti izolačniacuteho materiaacutelu To vede k nechtěneacutemu

zemniacutemu spojeniacute Zemniacute spojeniacute je monitorovaacuteno pomociacute UMC spolu se zařiacutezeniacutem CEM11 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 41

DEMONSTRAČNIacute PŘIacutePRAVEK 4

41 Naacutevrh přiacutepravku

Pro demonstraci UMC100 a dalšiacutech prvků řady produktů od společnosti ABB sro byl

navržen přiacutepravek pomociacute software AutoCAD a Inventor Professional kteryacute byl poteacute zrealizovaacuten

a oživen Nosnaacute konstrukce (Obr 41) je vyrobena z jӓckelu o rozměru 25x25mm

Obr 41 Nosnaacute konstrukce

Čelniacute panel tvořiacute plech s rozměry 500x400mm a tloušťky 2mm Plech je osazen

rozvaděčovyacutemi kanaacutely 25x60mm a všemi potřebnyacutemi komponentami pro realizaci zapojeniacute

Vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho panelu s otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky a ovlaacutedaciacute tlačiacutetka motoru je na

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

Seznam použityacutech komponent Vyacuterobce

3-poacutelovyacute jistič C16 OEZ

Pojistkoveacute pouzdro RSP 4 Elektro Bečov

Komunikačniacute modul MTQ22-FBP ABB

Motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP ABB

Napěťovyacute modul VI150-FBP ABB

Rozšiřovaciacute modul DX122-FBP ABB

Ministykač LC1K09(LC1K12) Schneider Electric

Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A ABB

Rozvaděčovyacute kanaacutel 25x60mm KOPOS

Přiacutestrojoveacute zdiacuteřky 4mm do panelu AMASS

Tlačiacutetka do panelu 250V1A JIETONG

Tab 41 Seznam použityacutech komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 42

Pro konstrukci je důležiteacute aby navrženyacute panel rozměrově odpoviacutedal všem potřebnyacutem přiacutestrojům

a modulům Pro tuto přiacuteležitost je pomociacute software AutoCAD vytvořen vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho

panelu Obr 43 kteryacute je konstruovaacuten

Navrženyacute nosnyacute plech tloušťky 2mm na ktereacutem jsou umiacutestěny veškereacute komponenty Obr 42

Ve vrchniacute polovině plechu jsou vyvrtaacuteny otvory o průměru 4mm sloužiacuteciacute pro uchyceniacute

rozvaděčoveacuteho kanaacutelu a DIN lišty Ve středniacute čaacutesti plechu jsou 4 průvlečneacute otvory určeneacute k

průchodu vodičů ze zadniacute čaacutesti plechu (od napaacutejeciacutech svorek) do rozvaděčoveacuteho kanaacutelu na straně

předniacute Pro tuto potřebu jsou stejneacute otvory vyvrtaacuteny takeacute do dna kanaacutelu Ve spodniacute čaacutesti jsou

otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky pomociacute kteryacutech je zajištěno napaacutejeniacute panelu a poteacute napaacutejeniacute motoru

a 3 otvory na ovlaacutedaciacute tlačiacutetka k zajištěniacute ovlaacutedaacuteniacute motoru Uchyceniacute plechu k nosneacute konstrukci

je provedeno samořeznyacutemi šroubky M5 v roziacutech plechu

Obr 42 Naacutevrh plechu panelu

Vyacutekres plechu s udaacuteniacutem koacutet je obsažen v přiacuteloze praacutece viz Obr 01

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 43

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 44

42 Scheacutema zapojeniacute přiacutepravku

Demonstračniacute panel je uzpůsoben pro reverzniacute chod trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 44 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho přiacutepravku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 45

43 Vyacuteslednyacute přiacutepravek

Vyacuteslednyacute osazenyacute a zapojenyacute přiacutepravek určenyacute pro laboratorniacute uacutelohu doplněnyacute vhodnyacutemi

štiacutetky pro ovlaacutedaacuteniacute a zapojeniacute napaacutejeciacute siacutetě (VSTUP) a motoru (VYacuteSTUP)

Obr 45 Demonstračniacute přiacutepravek

Zadniacute čaacutest panelu s izolovaacuteniacutem konektorů FASTON pomociacute teplem smrštitelneacute bužiacuterky před

nebezpečnyacutem dotykem živeacute čaacutesti

Obr 46 Zadniacute pohled

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 46

44 Demonstračniacute kufr pro ABB

Pro společnost ABB sro byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 prezentujiacuteciacute

jeho možnosti Zaacutekladniacutem požadavkem naacutevrhu bylo řešeniacute pomociacute jednofaacutezoveacuteho napaacutejeniacute

Jelikož UMC100 je uzpůsobeno pro chod trojfaacutezovyacutech motorů je použit frekvenčniacute měnič

ACS50 kteryacute nabiacuteziacute při napaacutejeniacute pomociacute jednofaacutezoveacute siacutetě na sveacutem vyacutestupu napětiacute 3x230V50Hz

Pro digitaacutelniacute vstupy UMC100 a rozšiřovaciacuteho modulu DX111 je navrženo použitiacute dvoupoacutelovyacutech

paacutečkovyacutech přepiacutenačů s funkciacute (ON)-OFF-ON s napětiacutem 24V DC K signalizaci aktivniacutech vstupů

a vyacutestupů je navrženo použitiacute zelenyacutech signaacutelek Ovlaacutedaciacute panel kufru obsahuje spiacutenače pro

simulaci ztraacutety napaacutejeciacute faacuteze motoru potenciometr k simulaci faacutezoveacute nesymetrie daacutele červenou

signaacutelku pro signalizaci poruchovyacutech stavů a žlutou pro chod motoru Všechny přepiacutenače a

signaacutelky jsou přiacutestupneacute uživateli prostřednictviacutem navrženeacuteho ovlaacutedaciacuteho panelu kteryacute současně

posloužiacute jako kryt kufru (Obr 02) Jelikož pro přenosnyacute kufr neniacute nejvhodnějšiacute použitiacute

asynchronniacuteho motoru je proto použit 6-poacutelovyacute synchronniacute motor s přiacutekonem 23VA

vyacutestupniacutem vyacutekonem 105W a jmenovityacutem proudem 100mA

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 47

Obr 47 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho kufru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 48

SIMULACE OCHRAN 5Kapitola obsahuje soupis simulaciacute ochran ktereacute jsou demonstrovaacuteny v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jež se zabyacutevaacute problematikou UMC100 Z širokeacute škaacutely ochran jsou vybraacuteny 4 situace ktereacute

se v průmyslu často vyskytujiacute

51 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

K nasimulovaacuteniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii je použit posuvnyacute potenciometr kteryacute je

připojen na svorky (12) Pomociacute potenciometru bude snižovaacutena velikost napětiacute na přiacutevodniacute faacutezi

do motoru (L1) Pro demonstraci ochrany je použit napěťovyacute modul VI150 spolu s UMC100 Na

svorky modulu označeneacute (L1L2 a L3) jsou přivedeny faacuteze v uvedeneacutem sledu Při zvyšovaacuteniacute

odporu rezistoru ve faacutezi dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute napětiacute na přiacutevodniacute svorce (L1) vlivem rostouciacuteho

uacutebytku napětiacute na daneacutem rezistoru Je-li napěťovyacute modul propojen vodičem s UMC a je-li spraacutevně

nastaven UMC vyhodnotiacute po určiteacutem poklesu napětiacute a naacuterůstu proudu ve zbylyacutech dvou faacuteziacutech

(L2 a L3) jako chybovou a vybaviacute Nejprve bude vybaveno varovaacuteniacute a poteacute dojde k odpojeniacute

motoru

52 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze je motor vystaven vysokeacutemu riziku což většinou vede k jeho

zničeniacute Demonstrace ochrany proběhne uacuteplnyacutem odpojeniacutem napaacutejeciacute faacuteze L2 Pro vybaveniacute

ochrany neniacute zapotřebiacute aby byl motor v chodu neboť použitiacute napěťoveacuteho modulu VI150

detekuje nepřiacutetomnost napětiacute faacuteze a vybaviacute Při chodu motoru ochrana vybaviacute od 15s pro třiacutedu

5E a do 12s pro 40E podle nastaveneacute třiacutedy přetiacuteženiacute viz Tab 32 Princip funkce při chodu

motoru spočiacutevaacute v porovnaacuteniacute nejvyššiacute a nejnižšiacute naměřeneacute hodnoty faacutezoveacuteho proudu s

nastavenyacutemi uacuterovněmi Vyacutehodou je že signalizuje varovaacuteniacute ještě před samotnyacutem spuštěniacutem

motoru kdy může nastat stav že je přepaacutelena pojistka a obsluha toto nezaznamenala Mimo

přepaacuteleneacute pojistky se může takeacute jednat o uvolněnyacute nebo opotřebenyacute kontakt

53 Ochrana sledu faacuteziacute

Pro spraacutevnyacute chod motoru a diagnostiku pomociacute kontroleacuteru s použitiacutem napěťoveacuteho modulu je

zapotřebiacute dodržet sled faacuteziacute tzn Faacutezovyacute vodič L1rarrsvorka L1 L2 rarrsvorka L3 a L3rarrsvorka L3

Při zaacuteměně některyacutech faacutezovyacutech vodičů neprodleně vybaviacute ochrana sledu faacuteziacute a neniacute dovoleno

spuštěniacute motoru do okamžiku dokud neniacute obsluhou tento probleacutem vyřešen

54 PTC ochrana

Pro vyhodnocovaacuteniacute teploty vinutiacute statoru motoru sloužiacute termistor PTC Při zvyacutešeniacute teploty

nastaacutevaacute zvyacutešeniacute odporu termistoru (viz Obr 38) a motor odpojiacute Udaacutevanaacute odezva UMC na

změnu odporu je v rozmeziacute R = 34-38kΩ

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 49

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany

Z důvodu ochrany motoru neniacute vhodneacute vystavovat motor zvyacutešeneacute teplotě pro nastiacuteněniacute funkce

PTC ochrany Pro tento uacutečel posloužiacute zhotovenyacute box osazenyacute lineaacuterniacutem potenciometrem

s hodnotou odporu 25kΩ jemuž jsou předřazeny odpory 1kΩ a 330Ω

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 50

LABORATORNIacute UacuteLOHA 6

61 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100

Uacutekolem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute řiacutediacuteciacute a kontrolniacute jednotkou pro

provoz trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru UMC100

Motorovyacute kontroleacuter nabiacuteziacute 3 releacuteoveacute vyacutestupy Tyto vyacutestupy jsou připojitelneacute na napětiacute 230V AC s

maximaacutelniacutem proudem 1A Releacuteoveacute vyacutestupy sloužiacute zejmeacutena pro připojeniacute budiacuteciacutech ciacutevek stykačů

Hlavniacute vstupy jsou tvořeny seacuteriiacute svorek jež je umiacutestěnaacute ve spodniacute čaacutesti kontroleacuteru Svorky nesou

označeniacute (DI0 DI1 hellip DI5) Tyto digitaacutelniacute vstupy pracujiacute s napětiacutem 24V DC a sloužiacute pro

připojeniacute ovlaacutedaciacutech tlačiacutetek jako start motoru stop motoru reverzaci rozběh hvězda-trojuacutehelniacutek

nebo např použitiacute vstupu pro koncovyacute spiacutenač pro připojeniacute pomocnyacutech kontaktů stykačů či

funkci aktuaacutetor kdy je ovlaacutedaacuten pohon ventilu Vše podle nastaveniacute uživatele a pracovniacuteho

procesu Vedle hlavniacutech vstupniacutech kontaktů se nachaacuteziacute takeacute jeden vyacutestupniacute s označeniacutem (DO3)

Tento digitaacutelniacute vyacutestup lze využiacutet k připojeniacute 24V DC signalizačniacute kontrolky pro chybovaacute hlaacutešeniacute

modulu UMC100 nabiacuteziacute integrovanyacute vstup pro připojeniacute PTC termistoru Diacuteky PTC jsme

schopni hliacutedat teplotu statoroveacuteho vinutiacute a předejiacutet tiacutem zaacutevažneacutemu poškozeniacute motoru

Hlavniacute obvod

Měřeniacute proudu faacutezovyacutemi vodiči je řešeno pomociacute 3 průvlečnyacutech ok integrovanyacutech v modulu

Tato průvlečnaacute oka jsou měřiacuteciacutemi transformaacutetory proudu navinutyacutemi na toroidniacutem jaacutedře Diacuteky

těmto transformaacutetorům je kontroleacuter schopnyacute měřit proud v rozsahu 024 až 63A Pro vyššiacute

hodnoty proudů až 850A se použiacutevaacute externiacute proudovyacute transformaacutetor

Možnost rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru

UMC se v průmyslovyacutech aplikaciacutech nejčastěji použiacutevaacute s využitiacutem napěťoveacuteho a rozšiřovaciacuteho

(vstupně-vyacutestupniacuteho) modulu Pro laboratorniacute uacutelohu je použit napěťovyacute modul VI150 a

rozšiřovaciacute modul DX122 jenž jsou připojeny k UMC pomociacute UMCIO-CAB přes svorky

s označeniacutem Ca a Cb

Napěťovyacute modul VI150

K demonstraci kontroleacuteru je použit modul s označeniacutem VI150 Zařiacutezeniacute disponuje konektory pro

připojeniacute faacutezovyacutech vodičů (L1 L2 a L3) a je schopneacute měřit hodnotu sdruženeacuteho napětiacute siacutetě

S naměřenyacutemi hodnotami faacutezoveacuteho proudu pomociacute UMC dostaacutevaacuteme takeacute hodnotu faacutezoveacuteho

posuvu mezi napětiacutem a proudem tedy uacutečiniacuteku cos φ Z těchto naměřenyacutech parametrů vypočiacutetaacute

řiacutediacuteciacute jednotka kontroleacuteru činnyacute přiacutekon Ovšem pro spraacutevnou detekci napětiacute je nutneacute dodržet

zapojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 51

Vstupně-vyacutestupniacute modul DX122

Modul umožňuje rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru o dalšiacutech 8 digitaacutelniacutech vstupů na napětiacute 110-230V AC 4

releacuteoveacute vyacutestupy a 1 analogovyacute vyacutestup Pomociacute programu ABB Asset Vision Basic je možneacute

přiacutemeacute přiřazeniacute parametrů a programovaacuteniacute UMC100 a takeacute všech zařiacutezeniacute kteraacute jsou vybavena

DTM (Device Type Manager)- naacutestroj pro konfiguraci a spraacutevu zařiacutezeniacute

Komunikačniacute modul MTQ22

O komunikaci mezi UMC a PC se staraacute modul MTQ22 V software vytvořeneacutem pomociacute

vyacutevojoveacuteho prostřediacute LabVIEW lze sledovat aktuaacutelniacute měřeneacute veličiny zobrazenaacute varovaacuteniacute

poruchovyacutech stavů informace o stavu vstupů a vyacutestupů apod

Napaacutejeciacute zdroj

Napaacutejeniacute modulů zajišťuje zdroj CP-D 2413A s regulaciacute vyacutestupniacuteho napětiacute Regulace je možnaacute

v rozpětiacute 24-28V DC Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute zdroje je umožněna z důvodu požadavku

přesneacuteho napětiacute 24V DC Vlivem zatiacuteženiacute (napaacutejeniacute UMC VI a DX) vyacutestupniacute napětiacute zdroje klesaacute

podle zatěžovaciacute charakteristiky přiacuteslušneacuteho zdroje CP-D sloužiacute takeacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacutech

vstupů UMC

Ochranneacute funkce

UMC nenabiacuteziacute pouze možnost měřeniacute faacutezoveacuteho proudu ale takeacute řadu ochran při poruchovyacutech

stavech provozu Nejčastěji v praxi využiacutevanaacute ochrana je ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute kteraacute

je doprovaacutezena varovnou signalizaciacute nastaacutevajiacuteciacute poruchy

Ochrana motoru při proudoveacutem podtiacuteženiacute pracuje na obdobneacutem principu jako předchoziacute ochrana

Kontroleacuter monitoruje hladinu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu Při jeho poklesu pod nastavenou

uacuteroveň maximaacutelniacuteho dovoleneacuteho poklesu (udaacutevaneacute relativně v k jmenoviteacutemu In) dochaacuteziacute k

signalizaci chyby a odpojeniacute motoru od siacutetě

PTC ochrana spočiacutevaacute v hliacutedaacuteniacute teploty statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru pomociacute PTC

termistoru V našem přiacutepadě je použito lineaacuterniacuteho potenciometru kdy se zvyšujiacuteciacutem se odporem

potenciometru simulujeme zvyšujiacuteciacute se teplotu statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru

Při ztraacutetě některeacute napaacutejeciacute faacuteze motoru dochaacuteziacute k okamžiteacutemu blokovaacuteniacute startu motoru

Ochrana sledu faacuteziacute zajistiacute spraacutevneacute zapojeniacute vodičů L1 L2 a L3 ktereacute je slučitelneacute s nastaveniacutem v

UMC

Vlivem přerušovaneacuteho provozu např S3 kdy nedochaacuteziacute v době klidu a odpojeniacute motoru k

poklesu teploty na teplotu okoliacute může vybavit Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute - Thermal

Overload Protection (TOL)

Zablokovaniacute rotoru byacutevaacute způsobeno přiacuteliš vysokyacutem zaacutetěžnyacutem momentem Mz na hřiacutedeli motoru

nebo mechanickou poruchou Kontroleacuter je při startu schopen detekovat tento stav

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 52

62 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute uacutelohy a scheacutema zapojeniacute panelu

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 53

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 54

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha

Štiacutetek použiteacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 64 Štiacutetek motoru

63 Popis scheacutematu zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

Na vstupniacute svorky s označeniacutem VSTUP (L1 L2 L3 N PE) jsou přivedeny přiacuteslušneacute vodiče

z pracovniacuteho stolu Hlavniacute 16A jistič s vypiacutenaciacute charakteristikou typu C sloužiacute pro jištěniacute siloveacute

čaacutesti obvodu Pro jištěniacute napaacutejeciacuteho zdroje CP-D sloužiacute tavnaacute pojistka 2T250V Napěťoveacute

vstupy na modul VI150 jsou jištěny tavnou pojistkou F125250V Posuvnyacute potenciometr

umiacutestěnyacute na faacutezoveacutem vodiči L1 sloužiacute k demonstraci ochrany při faacutezoveacute nesymetrii

Komunikačniacute modul MTQ22 zajišťuje komunikaci mezi UMC a PC kdy prostřednictviacutem

Ethernetoveacute siacutetě jsme schopni čiacutest měřeneacute veličiny

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 55

64 Pracovniacute postup

1 Seznamte se s kontroleacuterem UMC100 a ostatniacutemi komponenty použityacutemi pro laboratorniacute

uacutelohu a se scheacutematem zapojeniacute uacutelohy

2 Připojte elektromotor a vstupniacute svorky na přiacuteslušneacute zdiacuteřky Před připojeniacutem vyacutekonoveacuteho

potenciometru ověřte měřeniacutem jeho minimaacutelniacute a maximaacutelniacute hodnotu odporu a

poznamenejte si je

3 Připojte potenciometr na určeneacute zdiacuteřky označeneacute čiacutesly 1 a 2 a nastavte hodnotu odporu

4 Po kontrole zapojeniacute vyučujiacuteciacutem zapněte pracoviště a nastavte autotransformaacutetor na 100

vyacutestupniacuteho napětiacute Zapněte hlavniacute jistič Kontrola a nastaveniacute komunikace mezi UMC

DX a VI

Nastaveniacute Komunikace se provede přes LCD displej naacutesledujiacuteciacutem způsobem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on

5 Stiskem tlačiacutetka VPŘED nebo VZAD na panelu uvedeme motor do chodu Pro přechod

z jednoho směru do druheacuteho je nutneacute nejprve zastavit motor tlačiacutetkem STOP Při

zastaveniacute je kontroleacuterem motor blokovaacuten po dobu 3s před dalšiacutem spuštěniacutem z důvodu

doběhu motoru Pohybem tlačiacutetek nahoru dolů pomociacute LCD v hlavniacute nabiacutedce - UMC -

můžeme sledovat aktuaacutelniacute proud motoru sdruženeacute napětiacute odebiacuteranyacute přiacutekon ze siacutetě

uacutečiniacutekhellip

6 Při provaacuteděniacute uacutelohy na brzdě (dynamometru) ověřte funkci ochrany při zablokovaacuteniacute

rotoru funkci ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a proudoveacutem přetiacuteženiacute

7 Při vybaveniacute každeacute z ochran zaznamenejte hodnotu kdy vypnula Před novyacutem startem je

důležiteacute přečiacutest zaacuteznam důvodu poruchy a proveacutest reset na panelu UMC100-PAN jinak je

START blokovaacuten

65 Měřeniacute

OCHRANA PŘED PŘEHŘAacuteTIacuteM MOTORU

Potenciometrem označenyacutem PTC je zvyšovaacutena hodnotu odporu do okamžiku kdy dojde

k odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě zapůsobeniacutem PTC ochrany Hodnota odporu potenciometru

při vybaveniacute ochrany je určena měřeniacutem na 341kΩ Odpoviacutedajiacuteciacute hodnotu teploty motoru

odečteme z grafu a hodnoty odporu potenciometru při vypnutiacute

Do tabulky zapište změřenou hodnotu odporu potenciometru při vypnutiacute Při teacuteto hodnotě odporu

odečtěte teplotu motoru z grafu Ziacuteskanou teplotu porovnejte s vypočtenou teplotou motoru

Tabulka naměřenyacutech a vypočtenyacutech hodnot

R ϑg R0 ϑ

[Ω] [degC] [Ω] [degC]

3410 136 1320 13626

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 56

Vyacutepočet vychaacuteziacute ze vztahu pro zaacutevislost elektrickeacuteho odporu vodiče na teplotě

(651)

kde

(652)

Po uacutepravě pak

α - teplotniacute součinitel elektrickeacuteho odporu (K-1

) (α = 001162 K-1

)

R0 - odpor potenciometru v zaacutekladniacute poloze

R - odpor potenciometru při vybaveniacute ochrany

ϑg - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute odečtenaacute z grafu

ϑ - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute ndash vypočtenaacute

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

R [

Ω]

ϑ [degC]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 57

Vinutiacute motoru je izolovaacuteno izolaciacute třiacutedy F (155)

Třiacuteda izolace A E B F H

Okolniacute teplota [degC] 40 40 40 40 40

Povolenyacute naacuterůst teploty [degC] 60 75 80 105 125

Teplotniacute rezerva 5 5 10 10 15

Konečnaacute teplota 105 120 130 155 180

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru [12]

OCHRANA PŘED NESPRAacuteVNYacuteM SLEDEM FAacuteZIacute

Nedodrženiacutem sledu napaacutejeciacutech faacutezovyacutech vodičů (zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů svorek L2 a L3)

jak je nastaveno v UMC provaacutediacute napěťovyacute modul blokaci startu motoru V tomto přiacutepadě

vybavuje neprodleně ochrana sledu faacuteziacute ndashPhase sequence Funkci zaznamenejte do protokolu

OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII

Zvyšovaacuteniacutem odporu vyacutekonoveacuteho potenciometru zapojeneacuteho ve faacutezi L1 (viz scheacutema zapojeniacute

uacutelohy) dochaacuteziacute k simulaci faacutezoveacute nesymetrie siacutetě Motor je odpojen v okamžiku kdy poklesne

hodnota sdruženeacuteho napětiacute mezi faacutezemi L3 a L1 přibližně na hodnotu Us = 380V Velikost

odporu při vybaveniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii činiacute 101Ω Hodnotu nesymetrie zaznamenejte

do protokolu

OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE

Ztraacuteta faacuteze se realizuje pomociacute spiacutenače v pracovniacutem stole kdy odpojiacuteme napaacutejeciacute faacutezi Změřte

čas od odpojeniacute faacuteze L2 do vybaveniacute ochrany při ztraacutetě faacuteze a poznamenejte do protokolu

66 Demonstrace ochran při použitiacute dynamometru

OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU

K testu ochrany při zablokovaacuteniacute rotoru posloužiacute dynamometr jehož hřiacutedel je spojenaacute se hřiacutedeliacute

asynchronniacuteho motoru pomociacute spojky Hřiacutedel dynamometru je poteacute mechanicky zablokovaacutena

Stiskem přiacuteslušneacuteho tlačiacutetka je proveden start motoru a sledovaacuten proud při odpojeniacute motoru od

siacutetě a čas odpojeniacute Proud při vybaveniacute ochrany při mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru dosaacutehl

hodnoty 1978A což odpoviacutedaacute 582In

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute ndash (High current protection)

Pro simulaci proudoveacuteho přetiacuteženiacute maacuteme nastavenou hodnotu odebiacuteraneacuteho proudu na 130 pro

odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě Snižovaacuteniacutem jmenovityacutech otaacuteček motoru pomociacute dynamometru

(bržděniacutem tzn n rarr 0) dochaacuteziacute k naacuterůstu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu I Odpojeniacute nastalo při

odebiacuteraneacutem proudu 447A Nastaveneacute hodnotě (13In ) naacuteležiacute proud 442A Tiacutem lze konstatovat

že vyacutesledek měřeniacute je srovnatelnyacute s hodnotami uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute

Stav proudoveacuteho podtiacuteženiacute nedostatečneacuteho proudoveacuteho zatiacuteženiacute použiacutevanyacute zejmeacutena u čerpadel

je simulovaacuten pomociacute dynamometru kdy je nastavenaacute hodnota poklesu aktuaacutelniacuteho proudu na

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 58

085In a čas odpojeniacute od siacutetě na 10s Po roztočeniacute a zatiacuteženiacute motoru na hodnotu jmenoviteacuteho

proudu jsou pomociacute dynamometru zvyšovaacuteny otaacutečky motoru n Tento proces maacute za naacutesledek

snižovaacuteniacute aktuaacutelniacuteho proteacutekaneacuteho proudu I kdy motor ztraacuteciacute zatiacuteženiacute Nastaveneacute hodnotě

podtiacuteženiacute odpoviacutedaacute aktuaacutelniacute proud 289A Při dosaženiacute teacuteto uacuterovně je spuštěn odpočet a motor za

10s odpojen

67 Vyhodnoceniacute a zaacutevěr

Vyacutesledkem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute technologiiacute pro diagnostiku

veličin při chodu trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru Při demonstračniacute simulaci ochran byly

dosaženy naacutesledujiacuteciacute vyacutesledky PTC ochrana vybavuje při hodnotě odporu 341kΩ Tato hodnota

odpoviacutedaacute teplotě ϑg = 136degC odečteneacute z grafu Vypočtenaacute teplota ϑ = 13626degC Vyacuterobce uvaacutediacute

zapůsobeniacute ochrany při hodnotě odporu v rozsahu 34-38kΩ Zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů L2 a

L3 proběhla okamžitaacute blokace spuštěniacute motoru Faacutezovaacute nesymetrie vybavila při poklesu napětiacute o

5 Ztraacutetou napaacutejeciacute faacuteze proběhlo odpojeniacute motoru v čase t = 15s Čas odpojeniacute odpoviacutedaacute třiacutedě

přetiacuteženiacute 5E kteraacute je nastavena

Při testu za použitiacute dynamometru bylo zjištěno že při zablokovaneacutem rotoru motoru zapůsobil

kontroleacuter při nastaveneacutem přetiacuteženiacute 3In Teacuteto hodnotě naacuteležiacute proud 102A Jelikož je nastavena

třiacuteda přetiacuteženiacute 5E ktereacute naacuteležiacute interval 15s a poteacute odpojeniacute motoru tak během tohoto okamžiku

vzrostla hodnota proudu na 1978A což odpoviacutedaacute 582In Při proudoveacutem přetiacuteženiacute odpoviacutedaly

vyacutesledky měřeniacute nastaveneacute hodnotě přetiacuteženiacute 13In Ve stavu proudoveacuteho podtiacuteženiacute zapůsobila

ochrana spraacutevně dle nastaveneacuteho poklesu proudu na 085In

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 33: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 33

Obr 31 Vypiacutenaciacute třiacutedy pro UMC100-FBP[1]

Z vyacutesledku je patrneacute že motor budeme vypiacutenat proti přetiacuteženiacute podle třiacutedy 5E jelikož křivka

pro 5E je pod maximaacutelniacute dobou rozběhu to = 10s Pokud by došlo ke zvoleniacute např třiacutedy 10E

hrozilo by poškozeniacute motoru jelikož by na motor působilo přetiacuteženiacute delšiacute dobu než je tomu

dovoleno [10]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 34

32 Ochrana při zablokovaneacutem rotoru

V okamžiku připojeniacute motoru na napaacutejeciacute siacuteť se rotor neotaacutečiacute (n = 0 s = 1) Motor je ve

stavu nakraacutetko a jeho proud je omezen pouze ohmickyacutemi odpory a rozptylovyacutemi reaktancemi

vinutiacute Zaacuteběrnyacute proud I1z dosahuje většinou 4 až 10 x většiacutech hodnot než proud jmenovityacute In

Určit velikost tohoto proudu je možneacute ze vztahu 321

radic

kde

U1 - Vstupniacute napětiacute

R1 - Odpor primaacuterniacuteho vinutiacute

Xr1 - Reaktance statoroveacuteho vinutiacute

Xrsquor20 - Reaktance zabrzděneacuteho rotoru

Rlsquo2s - Celkovyacute činnyacute odpor rotoru

RFe - Činnyacute odpor magnetickeacuteho obvodu

Xm - Reaktance magnetickeacuteho obvodu

I1z - Zaacuteběrnyacute proud

Obr 32 Obvodovyacute model asynchronniacuteho motoru pro jednu faacutezi statoroveacuteho vinutiacute ndash nakraacutetko

Velkyacute zatěžovaciacute moment Mz nebo mechanickaacute porucha může zapřiacutečinit zablokovaacuteniacute rotoru

Ochrannaacute funkce detekuje dlouhou počaacutetečniacute situaci kteraacute je praacutevě důsledkem zmiacuteněnyacutech přiacutečin

UMC100 tiacutemto odpojiacute motor od napaacutejeniacute čiacutemž ho ochraacuteniacute od nadměrneacuteho tepelneacuteho namaacutehaacuteniacute

V uživatelskeacutem prostřediacute je možneacute individuaacutelně nastavit jak maximaacutelniacute proud tak i čas po

ktereacutem dojde k odpojeniacute zablokovaneacuteho motoru Pro experimentaacutelniacute použitiacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy je nastavena hodnota poměru pro odpočet a naacutesledneacute odpojeniacute IIn na 300 [1] [9]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 35

33 Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute zabezpečiacute odpojeniacute motoru vyskytne-li se v obvodu většiacute

hodnota proudu než nastavenaacute jmenovitaacute In Bliacuteže tuto funkci představiacute přiloženyacute průběh Funkce

je aktivniacute až po roztočeniacute motoru v okamžiku rozběhu je neaktivniacute

Princip ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Do okamžiku T1 od zapnutiacute klesne zaacuteběrnyacute proud na hodnotu cca Ix = 135 In V časoveacutem

uacuteseku T1 až T2 dochaacuteziacute k naacuterůstu prochaacutezejiacuteciacuteho proudu motorem V okamžiku T2 překročiacute

proud hodnotu Ivar Tiacutemto okamžikem začne odpočet nastaveneacute doby zpožděniacute tvar kteraacute po

uplynutiacute sepne signalizaci varovaacuteniacute nadproudoveacuteho přetiacuteženiacute Odpočet doby tvar narůstaacute je-li

proud motorem I gt Ivar Jakmile proud I ge Iodp dochaacuteziacute k sepnutiacute čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute todp

Platiacute-li podmiacutenka I ge Iodp a dojde k načteniacute hodnoty todp UMC100 odpojiacute motor od napaacutejeniacute a tiacutem

zabraacuteniacute jeho poškozeniacute

Obr 33 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu přetiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash dosaženiacute vysokeacute proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash dosaženiacute hodnoty proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

34 Ochrana při proudoveacutem podtiacuteženiacute

Jakmile hodnota (činneacuteho) proudu klesne pod nastavenou uacuteroveň kteraacute je pro danyacute proces

typickaacute dojde v UMC100 k vybaveniacute ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a motor odpojiacute od

napaacutejeniacute Tato ochrana se předevšiacutem využiacutevaacute pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacute funkce čerpadla když detekuje

ztraacutetu jeho saacuteniacute či pro paacutesoveacute dopravniacuteky ve vyacuterobniacutech provozech Včasneacute varovaacuteniacute a odpojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 36

motoru snižuje zejmeacutena prostoje vyacuteroby Princip varovaacuteniacute a odpojeniacute je představen na

naacutesledujiacuteciacutem průběhu jak tomu bylo u ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Princip ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute zobrazeneacuteho průběhu

Po poklesu aktuaacutelniacuteho proudu v okamžiku T1 motor normaacutelně běžiacute V časoveacutem uacuteseku T1 až

T2 dochaacuteziacute k poklesu proudu pod jmenovitou hodnotu In až na nastavenou hodnotu Ivar Při

dosaženiacute teacuteto hodnoty začne odpočet varovaacuteniacute proudoveacuteho podtiacuteženiacute Nepřesaacutehne-li proud za

dobu kratšiacute než tvar mez Ivar (tzn nevzroste-li se zpět k In) dojde ke spuštěniacute signalizace

proudoveacuteho podtiacuteženiacute Při pokračujiacuteciacutem poklesu proudu jak je patrneacute v časoveacutem intervalu T2-T3

až na mez Iodp dojde k čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute Při překročeniacute nastaveneacute doby todp a za

podmiacutenky že proud I le Iodp UMC100 motor odpojiacute od napaacutejeciacute siacutetě

Obr 34 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash niacutezkaacute proudovaacute uacuteroveň kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash hodnota proudu kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

Popis funkce ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute blokoveacuteho scheacutematu

Signaacutel Istart představuje hodnotu proudu po startu motoru- log 1(tzn Signalizace motoru v

chodu) Tento signaacutel tvořiacute vstup logickeacuteho hradla AND (1) Funkci tohoto hradla znaacutezorňuje

přiloženaacute tabulka Tab 33 Druhyacute vstup signalizuje aktuaacutelniacute hodnotu proudu kteraacute motorem

proteacutekaacute Je-li proud IltIvar detekuje hradlo AND druhou logickou jedničku a hradlo vybaviacute podle

přiloženeacute tabulky Tento signaacutel z hradla aktivuje časovač zpožděniacute varovaacuteniacute Po uplynutiacute

nastaveneacuteho časoveacuteho uacuteseku signalizuje podtiacuteženiacute Dochaacuteziacute-li staacutele k poklesu proudu až do

uacuterovně kdy IltIodp pak na druheacutem logickeacutem hradle AND (2) budou na vstupu log 1 Sepne

čiacutetaacuteniacute zpožděniacute vypnutiacute a po uplynutiacute doby UMC motor vypne

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 37

Obr 35 Blokoveacute scheacutema ochrany proti proudoveacutemu podtiacuteženiacute [1]

Vstup Vyacutestup

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

Tab 33 Princip funkce logickeacuteho hradla AND

341 Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek

Při chodu asynchronniacuteho motoru odebiacuteraacute stroj ze siacutetě jalovyacute proud kteryacute je potřebnyacute pro

vytvořeniacute magnetizace hlavniacuteho magnetickeacuteho obvodu Tento tzv magnetizačniacute proud je

nezaacutevislyacute na zatiacuteženiacute stroje Uplatněniacute nalezne zejmeacutena při chodu napraacutezdno a maleacutem zatiacuteženiacute

kdy je uacutečiniacutek motoru niacutezkyacute Motor maacute tedy nejleacutepe pracovat při plneacutem zatiacuteženiacute[11]

Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek jsou důležiteacute parametry pro detekovaacuteniacute niacutezkeacute zaacutetěže nebo situace bez

zaacutetěže např uzavřenyacute ventil Pomociacute napěťoveacuteho modulu VI15x a UMC je měřeno sdruženeacute

(faacutezoveacute) napětiacute faacutezovyacute proud čili i faacutezovyacute posuv mezi proudem a napětiacutem - cos φ Pomociacute těchto

parametrů je UMC schopneacute analogicky spočiacutetat hodnotu činneacuteho přiacutekonu

radic

Poklesne-li poteacute činnyacute přiacutekon pod nastavenou procentuaacutelniacute hodnotu P (př 85 Pn) motor vypne

tj bude-li PPn le 085

Experimentaacutelniacutem měřeniacutem v raacutemci laboratorniacute uacutelohy byla pomociacute přiacutestroje Yokogawa WT1800

změřena zaacutevislost uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute motoru Z vyacutesledneacuteho grafu (Obr 37) je

patrneacute že se snižovaacuteniacutem zatiacuteženiacute rotoru klesaacute velikost uacutečiniacuteku Naměřeneacute hodnoty pro konstrukci

grafu jsou uvedeny v přiacuteloze

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 38

Obr 36 Charakteristiky asynchronniacuteho motoru při zatiacuteženiacute [11]

Obr 37 Graf zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti P2

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

01

02

03

04

05

06

07

08

09

0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000

P1 [

W]

cos

ϕ [

-]

P2 [W]

P2 P1 Q1

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 39

35 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

Princip ochrany

Je-li poměr nejnižšiacuteho proudu (Imin) a nejvyššiacuteho proudu (Imax) ve faacuteziacutech nad nastavenou

uacuterovniacute pro varovaacuteniacute sepne signalizace ztraacutety faacuteze Jakmile ovšem tento poměr překročiacute

nastavenou hodnotu pro odpojeniacute motoru sepne zpožděniacute vypnutiacute a podle nastaveneacute třiacutedy

přetiacuteženiacute motor po uplynutiacute časoveacuteho intervalu odpojiacute

Funkce faacutezoveacute nesymetrie je aktivniacute pouze tehdy je-li proud ve všech třech faacuteziacutech gt 25 In

(jmenoviteacuteho proudu) [1]

Naacutesledujiacuteciacute rovnice představuje vyacutepočet procentuaacutelniacuteho poměru proudu pro vypnutiacute motoru při

uacuteplneacute ztraacutetě faacuteze

(

)

36 Ochrana sledu faacuteziacute

Ochrana sledu faacuteziacute hliacutedaacute zejmeacutena spraacutevnyacute směr otaacutečeniacute motoru Důležiteacute pro použitiacute teacuteto

ochrany je miacutesto zapojeniacute napěťoveacuteho modulu VI15x Pokud by byl modul zapojen za stykači

nastala by chyba při reverzniacutem zapojeniacute Na stykačiacutech dochaacuteziacute zapojeniacutem k zaacuteměně dvou

faacutezovyacutech vodičů a tiacutem i změně směru otaacutečeniacute motoru UMC s pomociacute VI150 vyhodnotiacute situaci

jako chybovou a vypne motor Napěťovyacute modul se tedy zpravidla umiacutesťuje hned za hlavniacute jistiacuteciacute

prvek viz Obr 44

37 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Jedno z největšiacutech nebezpečiacute pro motor představuje ztraacuteta jedneacute napaacutejeciacute faacuteze Chod na 2

napaacutejeciacute faacuteze zatěžuje motor na tepelneacute uacutečinky proudu vlivem zvyacutešeniacute proudu ve zbylyacutech 2

faacuteziacutech UMC100 v tomto přiacutepadě vypiacutenaacute motor podle předem stanovenyacutech časovyacutech intervalů

Intervaly vypnutiacute jsou stejneacute jako pro ochranu proti proudoveacutemu přetiacuteženiacute (Tab 32) a

odpoviacutedajiacute nastaveneacute třiacutedě přetiacuteženiacute Tuto ochranu dřiacuteve zajišťovalo tepelneacute releacute ktereacute v tomto

přiacutepadě nemusiacute byacutet použito

38 PTC ochrana

381 Termistor

Termistor je polovodičovyacute nelineaacuterniacute dvojpoacutel jehož odpor se měniacute v zaacutevislosti na teplotě

prostřediacute ve ktereacutem pracuje Jeho vyacutehodou je že velmi rychle a citlivě reaguje na změnu teploty

Rozlišujeme zpravidla 2 druhy termistorů

1 NTC (Negative Temperature Coefficient) - termistor se zaacutepornyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou klesaacute jeho odpor (roste elektrickaacute vodivost a proud)

2 PTC (Positive Temperature Coefficient) ndash termistor s kladnyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou jeho odpor roste

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 40

Obr 38 Zaacutevislost odporu termistoru na teplotě

Použitiacute termistorů

NTC termistory se použiacutevajiacute zpravidla k měřeniacute teploty PTC se nejčastěji využiacutevaacute

v kuchyňskyacutech spotřebičiacutech kde je požadovaacutena konstantniacute teplota v termostatech a pro hliacutedaacuteniacute

teploty vinutiacute motorů

382 Princip PTC ochrany v UMC

Ochrana obecně spadaacute do skupiny proudově nezaacutevislyacutech ochran Pro připojeniacute PTC

termistoru sloužiacute na UMC100 svorky s označeniacutem T1 a T2 PTC zvyšuje svůj odpor s rostouciacute

teplotou proto je možneacute ho použiacutet pro hliacutedaacuteniacute teploty např vinutiacute statoru UMC je schopneacute

vyhodnotit tuto změnu odporu a vydaacute signaacutel k odpojeniacute motoru od siacutetě [7]

39 Ochrana při zemniacutem spojeniacute

Ochrana při zemniacutem spojeniacute spočiacutevaacute v ochraně motoru siacutetě a technologie při nežaacutedouciacutech

vlivech způsobenyacutech zejmeacutena staacuternutiacutem izolace a jejiacutem zhoršenyacutem izolačniacutem uacutečinkem

Naacutesledkem přetěžovaacuteniacute vedeniacute vlhkostiacute kondenzaciacute vody v elektrickeacutem zařiacutezeniacute nebo vrstvou

vodiveacuteho prachu jsou praacutevě zhoršeneacute vlastnosti izolačniacuteho materiaacutelu To vede k nechtěneacutemu

zemniacutemu spojeniacute Zemniacute spojeniacute je monitorovaacuteno pomociacute UMC spolu se zařiacutezeniacutem CEM11 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 41

DEMONSTRAČNIacute PŘIacutePRAVEK 4

41 Naacutevrh přiacutepravku

Pro demonstraci UMC100 a dalšiacutech prvků řady produktů od společnosti ABB sro byl

navržen přiacutepravek pomociacute software AutoCAD a Inventor Professional kteryacute byl poteacute zrealizovaacuten

a oživen Nosnaacute konstrukce (Obr 41) je vyrobena z jӓckelu o rozměru 25x25mm

Obr 41 Nosnaacute konstrukce

Čelniacute panel tvořiacute plech s rozměry 500x400mm a tloušťky 2mm Plech je osazen

rozvaděčovyacutemi kanaacutely 25x60mm a všemi potřebnyacutemi komponentami pro realizaci zapojeniacute

Vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho panelu s otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky a ovlaacutedaciacute tlačiacutetka motoru je na

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

Seznam použityacutech komponent Vyacuterobce

3-poacutelovyacute jistič C16 OEZ

Pojistkoveacute pouzdro RSP 4 Elektro Bečov

Komunikačniacute modul MTQ22-FBP ABB

Motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP ABB

Napěťovyacute modul VI150-FBP ABB

Rozšiřovaciacute modul DX122-FBP ABB

Ministykač LC1K09(LC1K12) Schneider Electric

Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A ABB

Rozvaděčovyacute kanaacutel 25x60mm KOPOS

Přiacutestrojoveacute zdiacuteřky 4mm do panelu AMASS

Tlačiacutetka do panelu 250V1A JIETONG

Tab 41 Seznam použityacutech komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 42

Pro konstrukci je důležiteacute aby navrženyacute panel rozměrově odpoviacutedal všem potřebnyacutem přiacutestrojům

a modulům Pro tuto přiacuteležitost je pomociacute software AutoCAD vytvořen vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho

panelu Obr 43 kteryacute je konstruovaacuten

Navrženyacute nosnyacute plech tloušťky 2mm na ktereacutem jsou umiacutestěny veškereacute komponenty Obr 42

Ve vrchniacute polovině plechu jsou vyvrtaacuteny otvory o průměru 4mm sloužiacuteciacute pro uchyceniacute

rozvaděčoveacuteho kanaacutelu a DIN lišty Ve středniacute čaacutesti plechu jsou 4 průvlečneacute otvory určeneacute k

průchodu vodičů ze zadniacute čaacutesti plechu (od napaacutejeciacutech svorek) do rozvaděčoveacuteho kanaacutelu na straně

předniacute Pro tuto potřebu jsou stejneacute otvory vyvrtaacuteny takeacute do dna kanaacutelu Ve spodniacute čaacutesti jsou

otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky pomociacute kteryacutech je zajištěno napaacutejeniacute panelu a poteacute napaacutejeniacute motoru

a 3 otvory na ovlaacutedaciacute tlačiacutetka k zajištěniacute ovlaacutedaacuteniacute motoru Uchyceniacute plechu k nosneacute konstrukci

je provedeno samořeznyacutemi šroubky M5 v roziacutech plechu

Obr 42 Naacutevrh plechu panelu

Vyacutekres plechu s udaacuteniacutem koacutet je obsažen v přiacuteloze praacutece viz Obr 01

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 43

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 44

42 Scheacutema zapojeniacute přiacutepravku

Demonstračniacute panel je uzpůsoben pro reverzniacute chod trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 44 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho přiacutepravku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 45

43 Vyacuteslednyacute přiacutepravek

Vyacuteslednyacute osazenyacute a zapojenyacute přiacutepravek určenyacute pro laboratorniacute uacutelohu doplněnyacute vhodnyacutemi

štiacutetky pro ovlaacutedaacuteniacute a zapojeniacute napaacutejeciacute siacutetě (VSTUP) a motoru (VYacuteSTUP)

Obr 45 Demonstračniacute přiacutepravek

Zadniacute čaacutest panelu s izolovaacuteniacutem konektorů FASTON pomociacute teplem smrštitelneacute bužiacuterky před

nebezpečnyacutem dotykem živeacute čaacutesti

Obr 46 Zadniacute pohled

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 46

44 Demonstračniacute kufr pro ABB

Pro společnost ABB sro byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 prezentujiacuteciacute

jeho možnosti Zaacutekladniacutem požadavkem naacutevrhu bylo řešeniacute pomociacute jednofaacutezoveacuteho napaacutejeniacute

Jelikož UMC100 je uzpůsobeno pro chod trojfaacutezovyacutech motorů je použit frekvenčniacute měnič

ACS50 kteryacute nabiacuteziacute při napaacutejeniacute pomociacute jednofaacutezoveacute siacutetě na sveacutem vyacutestupu napětiacute 3x230V50Hz

Pro digitaacutelniacute vstupy UMC100 a rozšiřovaciacuteho modulu DX111 je navrženo použitiacute dvoupoacutelovyacutech

paacutečkovyacutech přepiacutenačů s funkciacute (ON)-OFF-ON s napětiacutem 24V DC K signalizaci aktivniacutech vstupů

a vyacutestupů je navrženo použitiacute zelenyacutech signaacutelek Ovlaacutedaciacute panel kufru obsahuje spiacutenače pro

simulaci ztraacutety napaacutejeciacute faacuteze motoru potenciometr k simulaci faacutezoveacute nesymetrie daacutele červenou

signaacutelku pro signalizaci poruchovyacutech stavů a žlutou pro chod motoru Všechny přepiacutenače a

signaacutelky jsou přiacutestupneacute uživateli prostřednictviacutem navrženeacuteho ovlaacutedaciacuteho panelu kteryacute současně

posloužiacute jako kryt kufru (Obr 02) Jelikož pro přenosnyacute kufr neniacute nejvhodnějšiacute použitiacute

asynchronniacuteho motoru je proto použit 6-poacutelovyacute synchronniacute motor s přiacutekonem 23VA

vyacutestupniacutem vyacutekonem 105W a jmenovityacutem proudem 100mA

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 47

Obr 47 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho kufru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 48

SIMULACE OCHRAN 5Kapitola obsahuje soupis simulaciacute ochran ktereacute jsou demonstrovaacuteny v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jež se zabyacutevaacute problematikou UMC100 Z širokeacute škaacutely ochran jsou vybraacuteny 4 situace ktereacute

se v průmyslu často vyskytujiacute

51 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

K nasimulovaacuteniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii je použit posuvnyacute potenciometr kteryacute je

připojen na svorky (12) Pomociacute potenciometru bude snižovaacutena velikost napětiacute na přiacutevodniacute faacutezi

do motoru (L1) Pro demonstraci ochrany je použit napěťovyacute modul VI150 spolu s UMC100 Na

svorky modulu označeneacute (L1L2 a L3) jsou přivedeny faacuteze v uvedeneacutem sledu Při zvyšovaacuteniacute

odporu rezistoru ve faacutezi dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute napětiacute na přiacutevodniacute svorce (L1) vlivem rostouciacuteho

uacutebytku napětiacute na daneacutem rezistoru Je-li napěťovyacute modul propojen vodičem s UMC a je-li spraacutevně

nastaven UMC vyhodnotiacute po určiteacutem poklesu napětiacute a naacuterůstu proudu ve zbylyacutech dvou faacuteziacutech

(L2 a L3) jako chybovou a vybaviacute Nejprve bude vybaveno varovaacuteniacute a poteacute dojde k odpojeniacute

motoru

52 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze je motor vystaven vysokeacutemu riziku což většinou vede k jeho

zničeniacute Demonstrace ochrany proběhne uacuteplnyacutem odpojeniacutem napaacutejeciacute faacuteze L2 Pro vybaveniacute

ochrany neniacute zapotřebiacute aby byl motor v chodu neboť použitiacute napěťoveacuteho modulu VI150

detekuje nepřiacutetomnost napětiacute faacuteze a vybaviacute Při chodu motoru ochrana vybaviacute od 15s pro třiacutedu

5E a do 12s pro 40E podle nastaveneacute třiacutedy přetiacuteženiacute viz Tab 32 Princip funkce při chodu

motoru spočiacutevaacute v porovnaacuteniacute nejvyššiacute a nejnižšiacute naměřeneacute hodnoty faacutezoveacuteho proudu s

nastavenyacutemi uacuterovněmi Vyacutehodou je že signalizuje varovaacuteniacute ještě před samotnyacutem spuštěniacutem

motoru kdy může nastat stav že je přepaacutelena pojistka a obsluha toto nezaznamenala Mimo

přepaacuteleneacute pojistky se může takeacute jednat o uvolněnyacute nebo opotřebenyacute kontakt

53 Ochrana sledu faacuteziacute

Pro spraacutevnyacute chod motoru a diagnostiku pomociacute kontroleacuteru s použitiacutem napěťoveacuteho modulu je

zapotřebiacute dodržet sled faacuteziacute tzn Faacutezovyacute vodič L1rarrsvorka L1 L2 rarrsvorka L3 a L3rarrsvorka L3

Při zaacuteměně některyacutech faacutezovyacutech vodičů neprodleně vybaviacute ochrana sledu faacuteziacute a neniacute dovoleno

spuštěniacute motoru do okamžiku dokud neniacute obsluhou tento probleacutem vyřešen

54 PTC ochrana

Pro vyhodnocovaacuteniacute teploty vinutiacute statoru motoru sloužiacute termistor PTC Při zvyacutešeniacute teploty

nastaacutevaacute zvyacutešeniacute odporu termistoru (viz Obr 38) a motor odpojiacute Udaacutevanaacute odezva UMC na

změnu odporu je v rozmeziacute R = 34-38kΩ

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 49

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany

Z důvodu ochrany motoru neniacute vhodneacute vystavovat motor zvyacutešeneacute teplotě pro nastiacuteněniacute funkce

PTC ochrany Pro tento uacutečel posloužiacute zhotovenyacute box osazenyacute lineaacuterniacutem potenciometrem

s hodnotou odporu 25kΩ jemuž jsou předřazeny odpory 1kΩ a 330Ω

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 50

LABORATORNIacute UacuteLOHA 6

61 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100

Uacutekolem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute řiacutediacuteciacute a kontrolniacute jednotkou pro

provoz trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru UMC100

Motorovyacute kontroleacuter nabiacuteziacute 3 releacuteoveacute vyacutestupy Tyto vyacutestupy jsou připojitelneacute na napětiacute 230V AC s

maximaacutelniacutem proudem 1A Releacuteoveacute vyacutestupy sloužiacute zejmeacutena pro připojeniacute budiacuteciacutech ciacutevek stykačů

Hlavniacute vstupy jsou tvořeny seacuteriiacute svorek jež je umiacutestěnaacute ve spodniacute čaacutesti kontroleacuteru Svorky nesou

označeniacute (DI0 DI1 hellip DI5) Tyto digitaacutelniacute vstupy pracujiacute s napětiacutem 24V DC a sloužiacute pro

připojeniacute ovlaacutedaciacutech tlačiacutetek jako start motoru stop motoru reverzaci rozběh hvězda-trojuacutehelniacutek

nebo např použitiacute vstupu pro koncovyacute spiacutenač pro připojeniacute pomocnyacutech kontaktů stykačů či

funkci aktuaacutetor kdy je ovlaacutedaacuten pohon ventilu Vše podle nastaveniacute uživatele a pracovniacuteho

procesu Vedle hlavniacutech vstupniacutech kontaktů se nachaacuteziacute takeacute jeden vyacutestupniacute s označeniacutem (DO3)

Tento digitaacutelniacute vyacutestup lze využiacutet k připojeniacute 24V DC signalizačniacute kontrolky pro chybovaacute hlaacutešeniacute

modulu UMC100 nabiacuteziacute integrovanyacute vstup pro připojeniacute PTC termistoru Diacuteky PTC jsme

schopni hliacutedat teplotu statoroveacuteho vinutiacute a předejiacutet tiacutem zaacutevažneacutemu poškozeniacute motoru

Hlavniacute obvod

Měřeniacute proudu faacutezovyacutemi vodiči je řešeno pomociacute 3 průvlečnyacutech ok integrovanyacutech v modulu

Tato průvlečnaacute oka jsou měřiacuteciacutemi transformaacutetory proudu navinutyacutemi na toroidniacutem jaacutedře Diacuteky

těmto transformaacutetorům je kontroleacuter schopnyacute měřit proud v rozsahu 024 až 63A Pro vyššiacute

hodnoty proudů až 850A se použiacutevaacute externiacute proudovyacute transformaacutetor

Možnost rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru

UMC se v průmyslovyacutech aplikaciacutech nejčastěji použiacutevaacute s využitiacutem napěťoveacuteho a rozšiřovaciacuteho

(vstupně-vyacutestupniacuteho) modulu Pro laboratorniacute uacutelohu je použit napěťovyacute modul VI150 a

rozšiřovaciacute modul DX122 jenž jsou připojeny k UMC pomociacute UMCIO-CAB přes svorky

s označeniacutem Ca a Cb

Napěťovyacute modul VI150

K demonstraci kontroleacuteru je použit modul s označeniacutem VI150 Zařiacutezeniacute disponuje konektory pro

připojeniacute faacutezovyacutech vodičů (L1 L2 a L3) a je schopneacute měřit hodnotu sdruženeacuteho napětiacute siacutetě

S naměřenyacutemi hodnotami faacutezoveacuteho proudu pomociacute UMC dostaacutevaacuteme takeacute hodnotu faacutezoveacuteho

posuvu mezi napětiacutem a proudem tedy uacutečiniacuteku cos φ Z těchto naměřenyacutech parametrů vypočiacutetaacute

řiacutediacuteciacute jednotka kontroleacuteru činnyacute přiacutekon Ovšem pro spraacutevnou detekci napětiacute je nutneacute dodržet

zapojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 51

Vstupně-vyacutestupniacute modul DX122

Modul umožňuje rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru o dalšiacutech 8 digitaacutelniacutech vstupů na napětiacute 110-230V AC 4

releacuteoveacute vyacutestupy a 1 analogovyacute vyacutestup Pomociacute programu ABB Asset Vision Basic je možneacute

přiacutemeacute přiřazeniacute parametrů a programovaacuteniacute UMC100 a takeacute všech zařiacutezeniacute kteraacute jsou vybavena

DTM (Device Type Manager)- naacutestroj pro konfiguraci a spraacutevu zařiacutezeniacute

Komunikačniacute modul MTQ22

O komunikaci mezi UMC a PC se staraacute modul MTQ22 V software vytvořeneacutem pomociacute

vyacutevojoveacuteho prostřediacute LabVIEW lze sledovat aktuaacutelniacute měřeneacute veličiny zobrazenaacute varovaacuteniacute

poruchovyacutech stavů informace o stavu vstupů a vyacutestupů apod

Napaacutejeciacute zdroj

Napaacutejeniacute modulů zajišťuje zdroj CP-D 2413A s regulaciacute vyacutestupniacuteho napětiacute Regulace je možnaacute

v rozpětiacute 24-28V DC Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute zdroje je umožněna z důvodu požadavku

přesneacuteho napětiacute 24V DC Vlivem zatiacuteženiacute (napaacutejeniacute UMC VI a DX) vyacutestupniacute napětiacute zdroje klesaacute

podle zatěžovaciacute charakteristiky přiacuteslušneacuteho zdroje CP-D sloužiacute takeacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacutech

vstupů UMC

Ochranneacute funkce

UMC nenabiacuteziacute pouze možnost měřeniacute faacutezoveacuteho proudu ale takeacute řadu ochran při poruchovyacutech

stavech provozu Nejčastěji v praxi využiacutevanaacute ochrana je ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute kteraacute

je doprovaacutezena varovnou signalizaciacute nastaacutevajiacuteciacute poruchy

Ochrana motoru při proudoveacutem podtiacuteženiacute pracuje na obdobneacutem principu jako předchoziacute ochrana

Kontroleacuter monitoruje hladinu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu Při jeho poklesu pod nastavenou

uacuteroveň maximaacutelniacuteho dovoleneacuteho poklesu (udaacutevaneacute relativně v k jmenoviteacutemu In) dochaacuteziacute k

signalizaci chyby a odpojeniacute motoru od siacutetě

PTC ochrana spočiacutevaacute v hliacutedaacuteniacute teploty statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru pomociacute PTC

termistoru V našem přiacutepadě je použito lineaacuterniacuteho potenciometru kdy se zvyšujiacuteciacutem se odporem

potenciometru simulujeme zvyšujiacuteciacute se teplotu statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru

Při ztraacutetě některeacute napaacutejeciacute faacuteze motoru dochaacuteziacute k okamžiteacutemu blokovaacuteniacute startu motoru

Ochrana sledu faacuteziacute zajistiacute spraacutevneacute zapojeniacute vodičů L1 L2 a L3 ktereacute je slučitelneacute s nastaveniacutem v

UMC

Vlivem přerušovaneacuteho provozu např S3 kdy nedochaacuteziacute v době klidu a odpojeniacute motoru k

poklesu teploty na teplotu okoliacute může vybavit Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute - Thermal

Overload Protection (TOL)

Zablokovaniacute rotoru byacutevaacute způsobeno přiacuteliš vysokyacutem zaacutetěžnyacutem momentem Mz na hřiacutedeli motoru

nebo mechanickou poruchou Kontroleacuter je při startu schopen detekovat tento stav

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 52

62 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute uacutelohy a scheacutema zapojeniacute panelu

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 53

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 54

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha

Štiacutetek použiteacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 64 Štiacutetek motoru

63 Popis scheacutematu zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

Na vstupniacute svorky s označeniacutem VSTUP (L1 L2 L3 N PE) jsou přivedeny přiacuteslušneacute vodiče

z pracovniacuteho stolu Hlavniacute 16A jistič s vypiacutenaciacute charakteristikou typu C sloužiacute pro jištěniacute siloveacute

čaacutesti obvodu Pro jištěniacute napaacutejeciacuteho zdroje CP-D sloužiacute tavnaacute pojistka 2T250V Napěťoveacute

vstupy na modul VI150 jsou jištěny tavnou pojistkou F125250V Posuvnyacute potenciometr

umiacutestěnyacute na faacutezoveacutem vodiči L1 sloužiacute k demonstraci ochrany při faacutezoveacute nesymetrii

Komunikačniacute modul MTQ22 zajišťuje komunikaci mezi UMC a PC kdy prostřednictviacutem

Ethernetoveacute siacutetě jsme schopni čiacutest měřeneacute veličiny

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 55

64 Pracovniacute postup

1 Seznamte se s kontroleacuterem UMC100 a ostatniacutemi komponenty použityacutemi pro laboratorniacute

uacutelohu a se scheacutematem zapojeniacute uacutelohy

2 Připojte elektromotor a vstupniacute svorky na přiacuteslušneacute zdiacuteřky Před připojeniacutem vyacutekonoveacuteho

potenciometru ověřte měřeniacutem jeho minimaacutelniacute a maximaacutelniacute hodnotu odporu a

poznamenejte si je

3 Připojte potenciometr na určeneacute zdiacuteřky označeneacute čiacutesly 1 a 2 a nastavte hodnotu odporu

4 Po kontrole zapojeniacute vyučujiacuteciacutem zapněte pracoviště a nastavte autotransformaacutetor na 100

vyacutestupniacuteho napětiacute Zapněte hlavniacute jistič Kontrola a nastaveniacute komunikace mezi UMC

DX a VI

Nastaveniacute Komunikace se provede přes LCD displej naacutesledujiacuteciacutem způsobem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on

5 Stiskem tlačiacutetka VPŘED nebo VZAD na panelu uvedeme motor do chodu Pro přechod

z jednoho směru do druheacuteho je nutneacute nejprve zastavit motor tlačiacutetkem STOP Při

zastaveniacute je kontroleacuterem motor blokovaacuten po dobu 3s před dalšiacutem spuštěniacutem z důvodu

doběhu motoru Pohybem tlačiacutetek nahoru dolů pomociacute LCD v hlavniacute nabiacutedce - UMC -

můžeme sledovat aktuaacutelniacute proud motoru sdruženeacute napětiacute odebiacuteranyacute přiacutekon ze siacutetě

uacutečiniacutekhellip

6 Při provaacuteděniacute uacutelohy na brzdě (dynamometru) ověřte funkci ochrany při zablokovaacuteniacute

rotoru funkci ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a proudoveacutem přetiacuteženiacute

7 Při vybaveniacute každeacute z ochran zaznamenejte hodnotu kdy vypnula Před novyacutem startem je

důležiteacute přečiacutest zaacuteznam důvodu poruchy a proveacutest reset na panelu UMC100-PAN jinak je

START blokovaacuten

65 Měřeniacute

OCHRANA PŘED PŘEHŘAacuteTIacuteM MOTORU

Potenciometrem označenyacutem PTC je zvyšovaacutena hodnotu odporu do okamžiku kdy dojde

k odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě zapůsobeniacutem PTC ochrany Hodnota odporu potenciometru

při vybaveniacute ochrany je určena měřeniacutem na 341kΩ Odpoviacutedajiacuteciacute hodnotu teploty motoru

odečteme z grafu a hodnoty odporu potenciometru při vypnutiacute

Do tabulky zapište změřenou hodnotu odporu potenciometru při vypnutiacute Při teacuteto hodnotě odporu

odečtěte teplotu motoru z grafu Ziacuteskanou teplotu porovnejte s vypočtenou teplotou motoru

Tabulka naměřenyacutech a vypočtenyacutech hodnot

R ϑg R0 ϑ

[Ω] [degC] [Ω] [degC]

3410 136 1320 13626

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 56

Vyacutepočet vychaacuteziacute ze vztahu pro zaacutevislost elektrickeacuteho odporu vodiče na teplotě

(651)

kde

(652)

Po uacutepravě pak

α - teplotniacute součinitel elektrickeacuteho odporu (K-1

) (α = 001162 K-1

)

R0 - odpor potenciometru v zaacutekladniacute poloze

R - odpor potenciometru při vybaveniacute ochrany

ϑg - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute odečtenaacute z grafu

ϑ - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute ndash vypočtenaacute

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

R [

Ω]

ϑ [degC]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 57

Vinutiacute motoru je izolovaacuteno izolaciacute třiacutedy F (155)

Třiacuteda izolace A E B F H

Okolniacute teplota [degC] 40 40 40 40 40

Povolenyacute naacuterůst teploty [degC] 60 75 80 105 125

Teplotniacute rezerva 5 5 10 10 15

Konečnaacute teplota 105 120 130 155 180

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru [12]

OCHRANA PŘED NESPRAacuteVNYacuteM SLEDEM FAacuteZIacute

Nedodrženiacutem sledu napaacutejeciacutech faacutezovyacutech vodičů (zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů svorek L2 a L3)

jak je nastaveno v UMC provaacutediacute napěťovyacute modul blokaci startu motoru V tomto přiacutepadě

vybavuje neprodleně ochrana sledu faacuteziacute ndashPhase sequence Funkci zaznamenejte do protokolu

OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII

Zvyšovaacuteniacutem odporu vyacutekonoveacuteho potenciometru zapojeneacuteho ve faacutezi L1 (viz scheacutema zapojeniacute

uacutelohy) dochaacuteziacute k simulaci faacutezoveacute nesymetrie siacutetě Motor je odpojen v okamžiku kdy poklesne

hodnota sdruženeacuteho napětiacute mezi faacutezemi L3 a L1 přibližně na hodnotu Us = 380V Velikost

odporu při vybaveniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii činiacute 101Ω Hodnotu nesymetrie zaznamenejte

do protokolu

OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE

Ztraacuteta faacuteze se realizuje pomociacute spiacutenače v pracovniacutem stole kdy odpojiacuteme napaacutejeciacute faacutezi Změřte

čas od odpojeniacute faacuteze L2 do vybaveniacute ochrany při ztraacutetě faacuteze a poznamenejte do protokolu

66 Demonstrace ochran při použitiacute dynamometru

OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU

K testu ochrany při zablokovaacuteniacute rotoru posloužiacute dynamometr jehož hřiacutedel je spojenaacute se hřiacutedeliacute

asynchronniacuteho motoru pomociacute spojky Hřiacutedel dynamometru je poteacute mechanicky zablokovaacutena

Stiskem přiacuteslušneacuteho tlačiacutetka je proveden start motoru a sledovaacuten proud při odpojeniacute motoru od

siacutetě a čas odpojeniacute Proud při vybaveniacute ochrany při mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru dosaacutehl

hodnoty 1978A což odpoviacutedaacute 582In

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute ndash (High current protection)

Pro simulaci proudoveacuteho přetiacuteženiacute maacuteme nastavenou hodnotu odebiacuteraneacuteho proudu na 130 pro

odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě Snižovaacuteniacutem jmenovityacutech otaacuteček motoru pomociacute dynamometru

(bržděniacutem tzn n rarr 0) dochaacuteziacute k naacuterůstu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu I Odpojeniacute nastalo při

odebiacuteraneacutem proudu 447A Nastaveneacute hodnotě (13In ) naacuteležiacute proud 442A Tiacutem lze konstatovat

že vyacutesledek měřeniacute je srovnatelnyacute s hodnotami uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute

Stav proudoveacuteho podtiacuteženiacute nedostatečneacuteho proudoveacuteho zatiacuteženiacute použiacutevanyacute zejmeacutena u čerpadel

je simulovaacuten pomociacute dynamometru kdy je nastavenaacute hodnota poklesu aktuaacutelniacuteho proudu na

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 58

085In a čas odpojeniacute od siacutetě na 10s Po roztočeniacute a zatiacuteženiacute motoru na hodnotu jmenoviteacuteho

proudu jsou pomociacute dynamometru zvyšovaacuteny otaacutečky motoru n Tento proces maacute za naacutesledek

snižovaacuteniacute aktuaacutelniacuteho proteacutekaneacuteho proudu I kdy motor ztraacuteciacute zatiacuteženiacute Nastaveneacute hodnotě

podtiacuteženiacute odpoviacutedaacute aktuaacutelniacute proud 289A Při dosaženiacute teacuteto uacuterovně je spuštěn odpočet a motor za

10s odpojen

67 Vyhodnoceniacute a zaacutevěr

Vyacutesledkem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute technologiiacute pro diagnostiku

veličin při chodu trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru Při demonstračniacute simulaci ochran byly

dosaženy naacutesledujiacuteciacute vyacutesledky PTC ochrana vybavuje při hodnotě odporu 341kΩ Tato hodnota

odpoviacutedaacute teplotě ϑg = 136degC odečteneacute z grafu Vypočtenaacute teplota ϑ = 13626degC Vyacuterobce uvaacutediacute

zapůsobeniacute ochrany při hodnotě odporu v rozsahu 34-38kΩ Zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů L2 a

L3 proběhla okamžitaacute blokace spuštěniacute motoru Faacutezovaacute nesymetrie vybavila při poklesu napětiacute o

5 Ztraacutetou napaacutejeciacute faacuteze proběhlo odpojeniacute motoru v čase t = 15s Čas odpojeniacute odpoviacutedaacute třiacutedě

přetiacuteženiacute 5E kteraacute je nastavena

Při testu za použitiacute dynamometru bylo zjištěno že při zablokovaneacutem rotoru motoru zapůsobil

kontroleacuter při nastaveneacutem přetiacuteženiacute 3In Teacuteto hodnotě naacuteležiacute proud 102A Jelikož je nastavena

třiacuteda přetiacuteženiacute 5E ktereacute naacuteležiacute interval 15s a poteacute odpojeniacute motoru tak během tohoto okamžiku

vzrostla hodnota proudu na 1978A což odpoviacutedaacute 582In Při proudoveacutem přetiacuteženiacute odpoviacutedaly

vyacutesledky měřeniacute nastaveneacute hodnotě přetiacuteženiacute 13In Ve stavu proudoveacuteho podtiacuteženiacute zapůsobila

ochrana spraacutevně dle nastaveneacuteho poklesu proudu na 085In

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 34: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 34

32 Ochrana při zablokovaneacutem rotoru

V okamžiku připojeniacute motoru na napaacutejeciacute siacuteť se rotor neotaacutečiacute (n = 0 s = 1) Motor je ve

stavu nakraacutetko a jeho proud je omezen pouze ohmickyacutemi odpory a rozptylovyacutemi reaktancemi

vinutiacute Zaacuteběrnyacute proud I1z dosahuje většinou 4 až 10 x většiacutech hodnot než proud jmenovityacute In

Určit velikost tohoto proudu je možneacute ze vztahu 321

radic

kde

U1 - Vstupniacute napětiacute

R1 - Odpor primaacuterniacuteho vinutiacute

Xr1 - Reaktance statoroveacuteho vinutiacute

Xrsquor20 - Reaktance zabrzděneacuteho rotoru

Rlsquo2s - Celkovyacute činnyacute odpor rotoru

RFe - Činnyacute odpor magnetickeacuteho obvodu

Xm - Reaktance magnetickeacuteho obvodu

I1z - Zaacuteběrnyacute proud

Obr 32 Obvodovyacute model asynchronniacuteho motoru pro jednu faacutezi statoroveacuteho vinutiacute ndash nakraacutetko

Velkyacute zatěžovaciacute moment Mz nebo mechanickaacute porucha může zapřiacutečinit zablokovaacuteniacute rotoru

Ochrannaacute funkce detekuje dlouhou počaacutetečniacute situaci kteraacute je praacutevě důsledkem zmiacuteněnyacutech přiacutečin

UMC100 tiacutemto odpojiacute motor od napaacutejeniacute čiacutemž ho ochraacuteniacute od nadměrneacuteho tepelneacuteho namaacutehaacuteniacute

V uživatelskeacutem prostřediacute je možneacute individuaacutelně nastavit jak maximaacutelniacute proud tak i čas po

ktereacutem dojde k odpojeniacute zablokovaneacuteho motoru Pro experimentaacutelniacute použitiacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy je nastavena hodnota poměru pro odpočet a naacutesledneacute odpojeniacute IIn na 300 [1] [9]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 35

33 Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute zabezpečiacute odpojeniacute motoru vyskytne-li se v obvodu většiacute

hodnota proudu než nastavenaacute jmenovitaacute In Bliacuteže tuto funkci představiacute přiloženyacute průběh Funkce

je aktivniacute až po roztočeniacute motoru v okamžiku rozběhu je neaktivniacute

Princip ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Do okamžiku T1 od zapnutiacute klesne zaacuteběrnyacute proud na hodnotu cca Ix = 135 In V časoveacutem

uacuteseku T1 až T2 dochaacuteziacute k naacuterůstu prochaacutezejiacuteciacuteho proudu motorem V okamžiku T2 překročiacute

proud hodnotu Ivar Tiacutemto okamžikem začne odpočet nastaveneacute doby zpožděniacute tvar kteraacute po

uplynutiacute sepne signalizaci varovaacuteniacute nadproudoveacuteho přetiacuteženiacute Odpočet doby tvar narůstaacute je-li

proud motorem I gt Ivar Jakmile proud I ge Iodp dochaacuteziacute k sepnutiacute čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute todp

Platiacute-li podmiacutenka I ge Iodp a dojde k načteniacute hodnoty todp UMC100 odpojiacute motor od napaacutejeniacute a tiacutem

zabraacuteniacute jeho poškozeniacute

Obr 33 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu přetiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash dosaženiacute vysokeacute proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash dosaženiacute hodnoty proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

34 Ochrana při proudoveacutem podtiacuteženiacute

Jakmile hodnota (činneacuteho) proudu klesne pod nastavenou uacuteroveň kteraacute je pro danyacute proces

typickaacute dojde v UMC100 k vybaveniacute ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a motor odpojiacute od

napaacutejeniacute Tato ochrana se předevšiacutem využiacutevaacute pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacute funkce čerpadla když detekuje

ztraacutetu jeho saacuteniacute či pro paacutesoveacute dopravniacuteky ve vyacuterobniacutech provozech Včasneacute varovaacuteniacute a odpojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 36

motoru snižuje zejmeacutena prostoje vyacuteroby Princip varovaacuteniacute a odpojeniacute je představen na

naacutesledujiacuteciacutem průběhu jak tomu bylo u ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Princip ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute zobrazeneacuteho průběhu

Po poklesu aktuaacutelniacuteho proudu v okamžiku T1 motor normaacutelně běžiacute V časoveacutem uacuteseku T1 až

T2 dochaacuteziacute k poklesu proudu pod jmenovitou hodnotu In až na nastavenou hodnotu Ivar Při

dosaženiacute teacuteto hodnoty začne odpočet varovaacuteniacute proudoveacuteho podtiacuteženiacute Nepřesaacutehne-li proud za

dobu kratšiacute než tvar mez Ivar (tzn nevzroste-li se zpět k In) dojde ke spuštěniacute signalizace

proudoveacuteho podtiacuteženiacute Při pokračujiacuteciacutem poklesu proudu jak je patrneacute v časoveacutem intervalu T2-T3

až na mez Iodp dojde k čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute Při překročeniacute nastaveneacute doby todp a za

podmiacutenky že proud I le Iodp UMC100 motor odpojiacute od napaacutejeciacute siacutetě

Obr 34 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash niacutezkaacute proudovaacute uacuteroveň kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash hodnota proudu kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

Popis funkce ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute blokoveacuteho scheacutematu

Signaacutel Istart představuje hodnotu proudu po startu motoru- log 1(tzn Signalizace motoru v

chodu) Tento signaacutel tvořiacute vstup logickeacuteho hradla AND (1) Funkci tohoto hradla znaacutezorňuje

přiloženaacute tabulka Tab 33 Druhyacute vstup signalizuje aktuaacutelniacute hodnotu proudu kteraacute motorem

proteacutekaacute Je-li proud IltIvar detekuje hradlo AND druhou logickou jedničku a hradlo vybaviacute podle

přiloženeacute tabulky Tento signaacutel z hradla aktivuje časovač zpožděniacute varovaacuteniacute Po uplynutiacute

nastaveneacuteho časoveacuteho uacuteseku signalizuje podtiacuteženiacute Dochaacuteziacute-li staacutele k poklesu proudu až do

uacuterovně kdy IltIodp pak na druheacutem logickeacutem hradle AND (2) budou na vstupu log 1 Sepne

čiacutetaacuteniacute zpožděniacute vypnutiacute a po uplynutiacute doby UMC motor vypne

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 37

Obr 35 Blokoveacute scheacutema ochrany proti proudoveacutemu podtiacuteženiacute [1]

Vstup Vyacutestup

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

Tab 33 Princip funkce logickeacuteho hradla AND

341 Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek

Při chodu asynchronniacuteho motoru odebiacuteraacute stroj ze siacutetě jalovyacute proud kteryacute je potřebnyacute pro

vytvořeniacute magnetizace hlavniacuteho magnetickeacuteho obvodu Tento tzv magnetizačniacute proud je

nezaacutevislyacute na zatiacuteženiacute stroje Uplatněniacute nalezne zejmeacutena při chodu napraacutezdno a maleacutem zatiacuteženiacute

kdy je uacutečiniacutek motoru niacutezkyacute Motor maacute tedy nejleacutepe pracovat při plneacutem zatiacuteženiacute[11]

Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek jsou důležiteacute parametry pro detekovaacuteniacute niacutezkeacute zaacutetěže nebo situace bez

zaacutetěže např uzavřenyacute ventil Pomociacute napěťoveacuteho modulu VI15x a UMC je měřeno sdruženeacute

(faacutezoveacute) napětiacute faacutezovyacute proud čili i faacutezovyacute posuv mezi proudem a napětiacutem - cos φ Pomociacute těchto

parametrů je UMC schopneacute analogicky spočiacutetat hodnotu činneacuteho přiacutekonu

radic

Poklesne-li poteacute činnyacute přiacutekon pod nastavenou procentuaacutelniacute hodnotu P (př 85 Pn) motor vypne

tj bude-li PPn le 085

Experimentaacutelniacutem měřeniacutem v raacutemci laboratorniacute uacutelohy byla pomociacute přiacutestroje Yokogawa WT1800

změřena zaacutevislost uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute motoru Z vyacutesledneacuteho grafu (Obr 37) je

patrneacute že se snižovaacuteniacutem zatiacuteženiacute rotoru klesaacute velikost uacutečiniacuteku Naměřeneacute hodnoty pro konstrukci

grafu jsou uvedeny v přiacuteloze

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 38

Obr 36 Charakteristiky asynchronniacuteho motoru při zatiacuteženiacute [11]

Obr 37 Graf zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti P2

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

01

02

03

04

05

06

07

08

09

0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000

P1 [

W]

cos

ϕ [

-]

P2 [W]

P2 P1 Q1

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 39

35 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

Princip ochrany

Je-li poměr nejnižšiacuteho proudu (Imin) a nejvyššiacuteho proudu (Imax) ve faacuteziacutech nad nastavenou

uacuterovniacute pro varovaacuteniacute sepne signalizace ztraacutety faacuteze Jakmile ovšem tento poměr překročiacute

nastavenou hodnotu pro odpojeniacute motoru sepne zpožděniacute vypnutiacute a podle nastaveneacute třiacutedy

přetiacuteženiacute motor po uplynutiacute časoveacuteho intervalu odpojiacute

Funkce faacutezoveacute nesymetrie je aktivniacute pouze tehdy je-li proud ve všech třech faacuteziacutech gt 25 In

(jmenoviteacuteho proudu) [1]

Naacutesledujiacuteciacute rovnice představuje vyacutepočet procentuaacutelniacuteho poměru proudu pro vypnutiacute motoru při

uacuteplneacute ztraacutetě faacuteze

(

)

36 Ochrana sledu faacuteziacute

Ochrana sledu faacuteziacute hliacutedaacute zejmeacutena spraacutevnyacute směr otaacutečeniacute motoru Důležiteacute pro použitiacute teacuteto

ochrany je miacutesto zapojeniacute napěťoveacuteho modulu VI15x Pokud by byl modul zapojen za stykači

nastala by chyba při reverzniacutem zapojeniacute Na stykačiacutech dochaacuteziacute zapojeniacutem k zaacuteměně dvou

faacutezovyacutech vodičů a tiacutem i změně směru otaacutečeniacute motoru UMC s pomociacute VI150 vyhodnotiacute situaci

jako chybovou a vypne motor Napěťovyacute modul se tedy zpravidla umiacutesťuje hned za hlavniacute jistiacuteciacute

prvek viz Obr 44

37 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Jedno z největšiacutech nebezpečiacute pro motor představuje ztraacuteta jedneacute napaacutejeciacute faacuteze Chod na 2

napaacutejeciacute faacuteze zatěžuje motor na tepelneacute uacutečinky proudu vlivem zvyacutešeniacute proudu ve zbylyacutech 2

faacuteziacutech UMC100 v tomto přiacutepadě vypiacutenaacute motor podle předem stanovenyacutech časovyacutech intervalů

Intervaly vypnutiacute jsou stejneacute jako pro ochranu proti proudoveacutemu přetiacuteženiacute (Tab 32) a

odpoviacutedajiacute nastaveneacute třiacutedě přetiacuteženiacute Tuto ochranu dřiacuteve zajišťovalo tepelneacute releacute ktereacute v tomto

přiacutepadě nemusiacute byacutet použito

38 PTC ochrana

381 Termistor

Termistor je polovodičovyacute nelineaacuterniacute dvojpoacutel jehož odpor se měniacute v zaacutevislosti na teplotě

prostřediacute ve ktereacutem pracuje Jeho vyacutehodou je že velmi rychle a citlivě reaguje na změnu teploty

Rozlišujeme zpravidla 2 druhy termistorů

1 NTC (Negative Temperature Coefficient) - termistor se zaacutepornyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou klesaacute jeho odpor (roste elektrickaacute vodivost a proud)

2 PTC (Positive Temperature Coefficient) ndash termistor s kladnyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou jeho odpor roste

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 40

Obr 38 Zaacutevislost odporu termistoru na teplotě

Použitiacute termistorů

NTC termistory se použiacutevajiacute zpravidla k měřeniacute teploty PTC se nejčastěji využiacutevaacute

v kuchyňskyacutech spotřebičiacutech kde je požadovaacutena konstantniacute teplota v termostatech a pro hliacutedaacuteniacute

teploty vinutiacute motorů

382 Princip PTC ochrany v UMC

Ochrana obecně spadaacute do skupiny proudově nezaacutevislyacutech ochran Pro připojeniacute PTC

termistoru sloužiacute na UMC100 svorky s označeniacutem T1 a T2 PTC zvyšuje svůj odpor s rostouciacute

teplotou proto je možneacute ho použiacutet pro hliacutedaacuteniacute teploty např vinutiacute statoru UMC je schopneacute

vyhodnotit tuto změnu odporu a vydaacute signaacutel k odpojeniacute motoru od siacutetě [7]

39 Ochrana při zemniacutem spojeniacute

Ochrana při zemniacutem spojeniacute spočiacutevaacute v ochraně motoru siacutetě a technologie při nežaacutedouciacutech

vlivech způsobenyacutech zejmeacutena staacuternutiacutem izolace a jejiacutem zhoršenyacutem izolačniacutem uacutečinkem

Naacutesledkem přetěžovaacuteniacute vedeniacute vlhkostiacute kondenzaciacute vody v elektrickeacutem zařiacutezeniacute nebo vrstvou

vodiveacuteho prachu jsou praacutevě zhoršeneacute vlastnosti izolačniacuteho materiaacutelu To vede k nechtěneacutemu

zemniacutemu spojeniacute Zemniacute spojeniacute je monitorovaacuteno pomociacute UMC spolu se zařiacutezeniacutem CEM11 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 41

DEMONSTRAČNIacute PŘIacutePRAVEK 4

41 Naacutevrh přiacutepravku

Pro demonstraci UMC100 a dalšiacutech prvků řady produktů od společnosti ABB sro byl

navržen přiacutepravek pomociacute software AutoCAD a Inventor Professional kteryacute byl poteacute zrealizovaacuten

a oživen Nosnaacute konstrukce (Obr 41) je vyrobena z jӓckelu o rozměru 25x25mm

Obr 41 Nosnaacute konstrukce

Čelniacute panel tvořiacute plech s rozměry 500x400mm a tloušťky 2mm Plech je osazen

rozvaděčovyacutemi kanaacutely 25x60mm a všemi potřebnyacutemi komponentami pro realizaci zapojeniacute

Vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho panelu s otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky a ovlaacutedaciacute tlačiacutetka motoru je na

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

Seznam použityacutech komponent Vyacuterobce

3-poacutelovyacute jistič C16 OEZ

Pojistkoveacute pouzdro RSP 4 Elektro Bečov

Komunikačniacute modul MTQ22-FBP ABB

Motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP ABB

Napěťovyacute modul VI150-FBP ABB

Rozšiřovaciacute modul DX122-FBP ABB

Ministykač LC1K09(LC1K12) Schneider Electric

Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A ABB

Rozvaděčovyacute kanaacutel 25x60mm KOPOS

Přiacutestrojoveacute zdiacuteřky 4mm do panelu AMASS

Tlačiacutetka do panelu 250V1A JIETONG

Tab 41 Seznam použityacutech komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 42

Pro konstrukci je důležiteacute aby navrženyacute panel rozměrově odpoviacutedal všem potřebnyacutem přiacutestrojům

a modulům Pro tuto přiacuteležitost je pomociacute software AutoCAD vytvořen vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho

panelu Obr 43 kteryacute je konstruovaacuten

Navrženyacute nosnyacute plech tloušťky 2mm na ktereacutem jsou umiacutestěny veškereacute komponenty Obr 42

Ve vrchniacute polovině plechu jsou vyvrtaacuteny otvory o průměru 4mm sloužiacuteciacute pro uchyceniacute

rozvaděčoveacuteho kanaacutelu a DIN lišty Ve středniacute čaacutesti plechu jsou 4 průvlečneacute otvory určeneacute k

průchodu vodičů ze zadniacute čaacutesti plechu (od napaacutejeciacutech svorek) do rozvaděčoveacuteho kanaacutelu na straně

předniacute Pro tuto potřebu jsou stejneacute otvory vyvrtaacuteny takeacute do dna kanaacutelu Ve spodniacute čaacutesti jsou

otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky pomociacute kteryacutech je zajištěno napaacutejeniacute panelu a poteacute napaacutejeniacute motoru

a 3 otvory na ovlaacutedaciacute tlačiacutetka k zajištěniacute ovlaacutedaacuteniacute motoru Uchyceniacute plechu k nosneacute konstrukci

je provedeno samořeznyacutemi šroubky M5 v roziacutech plechu

Obr 42 Naacutevrh plechu panelu

Vyacutekres plechu s udaacuteniacutem koacutet je obsažen v přiacuteloze praacutece viz Obr 01

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 43

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 44

42 Scheacutema zapojeniacute přiacutepravku

Demonstračniacute panel je uzpůsoben pro reverzniacute chod trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 44 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho přiacutepravku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 45

43 Vyacuteslednyacute přiacutepravek

Vyacuteslednyacute osazenyacute a zapojenyacute přiacutepravek určenyacute pro laboratorniacute uacutelohu doplněnyacute vhodnyacutemi

štiacutetky pro ovlaacutedaacuteniacute a zapojeniacute napaacutejeciacute siacutetě (VSTUP) a motoru (VYacuteSTUP)

Obr 45 Demonstračniacute přiacutepravek

Zadniacute čaacutest panelu s izolovaacuteniacutem konektorů FASTON pomociacute teplem smrštitelneacute bužiacuterky před

nebezpečnyacutem dotykem živeacute čaacutesti

Obr 46 Zadniacute pohled

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 46

44 Demonstračniacute kufr pro ABB

Pro společnost ABB sro byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 prezentujiacuteciacute

jeho možnosti Zaacutekladniacutem požadavkem naacutevrhu bylo řešeniacute pomociacute jednofaacutezoveacuteho napaacutejeniacute

Jelikož UMC100 je uzpůsobeno pro chod trojfaacutezovyacutech motorů je použit frekvenčniacute měnič

ACS50 kteryacute nabiacuteziacute při napaacutejeniacute pomociacute jednofaacutezoveacute siacutetě na sveacutem vyacutestupu napětiacute 3x230V50Hz

Pro digitaacutelniacute vstupy UMC100 a rozšiřovaciacuteho modulu DX111 je navrženo použitiacute dvoupoacutelovyacutech

paacutečkovyacutech přepiacutenačů s funkciacute (ON)-OFF-ON s napětiacutem 24V DC K signalizaci aktivniacutech vstupů

a vyacutestupů je navrženo použitiacute zelenyacutech signaacutelek Ovlaacutedaciacute panel kufru obsahuje spiacutenače pro

simulaci ztraacutety napaacutejeciacute faacuteze motoru potenciometr k simulaci faacutezoveacute nesymetrie daacutele červenou

signaacutelku pro signalizaci poruchovyacutech stavů a žlutou pro chod motoru Všechny přepiacutenače a

signaacutelky jsou přiacutestupneacute uživateli prostřednictviacutem navrženeacuteho ovlaacutedaciacuteho panelu kteryacute současně

posloužiacute jako kryt kufru (Obr 02) Jelikož pro přenosnyacute kufr neniacute nejvhodnějšiacute použitiacute

asynchronniacuteho motoru je proto použit 6-poacutelovyacute synchronniacute motor s přiacutekonem 23VA

vyacutestupniacutem vyacutekonem 105W a jmenovityacutem proudem 100mA

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 47

Obr 47 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho kufru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 48

SIMULACE OCHRAN 5Kapitola obsahuje soupis simulaciacute ochran ktereacute jsou demonstrovaacuteny v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jež se zabyacutevaacute problematikou UMC100 Z širokeacute škaacutely ochran jsou vybraacuteny 4 situace ktereacute

se v průmyslu často vyskytujiacute

51 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

K nasimulovaacuteniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii je použit posuvnyacute potenciometr kteryacute je

připojen na svorky (12) Pomociacute potenciometru bude snižovaacutena velikost napětiacute na přiacutevodniacute faacutezi

do motoru (L1) Pro demonstraci ochrany je použit napěťovyacute modul VI150 spolu s UMC100 Na

svorky modulu označeneacute (L1L2 a L3) jsou přivedeny faacuteze v uvedeneacutem sledu Při zvyšovaacuteniacute

odporu rezistoru ve faacutezi dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute napětiacute na přiacutevodniacute svorce (L1) vlivem rostouciacuteho

uacutebytku napětiacute na daneacutem rezistoru Je-li napěťovyacute modul propojen vodičem s UMC a je-li spraacutevně

nastaven UMC vyhodnotiacute po určiteacutem poklesu napětiacute a naacuterůstu proudu ve zbylyacutech dvou faacuteziacutech

(L2 a L3) jako chybovou a vybaviacute Nejprve bude vybaveno varovaacuteniacute a poteacute dojde k odpojeniacute

motoru

52 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze je motor vystaven vysokeacutemu riziku což většinou vede k jeho

zničeniacute Demonstrace ochrany proběhne uacuteplnyacutem odpojeniacutem napaacutejeciacute faacuteze L2 Pro vybaveniacute

ochrany neniacute zapotřebiacute aby byl motor v chodu neboť použitiacute napěťoveacuteho modulu VI150

detekuje nepřiacutetomnost napětiacute faacuteze a vybaviacute Při chodu motoru ochrana vybaviacute od 15s pro třiacutedu

5E a do 12s pro 40E podle nastaveneacute třiacutedy přetiacuteženiacute viz Tab 32 Princip funkce při chodu

motoru spočiacutevaacute v porovnaacuteniacute nejvyššiacute a nejnižšiacute naměřeneacute hodnoty faacutezoveacuteho proudu s

nastavenyacutemi uacuterovněmi Vyacutehodou je že signalizuje varovaacuteniacute ještě před samotnyacutem spuštěniacutem

motoru kdy může nastat stav že je přepaacutelena pojistka a obsluha toto nezaznamenala Mimo

přepaacuteleneacute pojistky se může takeacute jednat o uvolněnyacute nebo opotřebenyacute kontakt

53 Ochrana sledu faacuteziacute

Pro spraacutevnyacute chod motoru a diagnostiku pomociacute kontroleacuteru s použitiacutem napěťoveacuteho modulu je

zapotřebiacute dodržet sled faacuteziacute tzn Faacutezovyacute vodič L1rarrsvorka L1 L2 rarrsvorka L3 a L3rarrsvorka L3

Při zaacuteměně některyacutech faacutezovyacutech vodičů neprodleně vybaviacute ochrana sledu faacuteziacute a neniacute dovoleno

spuštěniacute motoru do okamžiku dokud neniacute obsluhou tento probleacutem vyřešen

54 PTC ochrana

Pro vyhodnocovaacuteniacute teploty vinutiacute statoru motoru sloužiacute termistor PTC Při zvyacutešeniacute teploty

nastaacutevaacute zvyacutešeniacute odporu termistoru (viz Obr 38) a motor odpojiacute Udaacutevanaacute odezva UMC na

změnu odporu je v rozmeziacute R = 34-38kΩ

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 49

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany

Z důvodu ochrany motoru neniacute vhodneacute vystavovat motor zvyacutešeneacute teplotě pro nastiacuteněniacute funkce

PTC ochrany Pro tento uacutečel posloužiacute zhotovenyacute box osazenyacute lineaacuterniacutem potenciometrem

s hodnotou odporu 25kΩ jemuž jsou předřazeny odpory 1kΩ a 330Ω

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 50

LABORATORNIacute UacuteLOHA 6

61 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100

Uacutekolem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute řiacutediacuteciacute a kontrolniacute jednotkou pro

provoz trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru UMC100

Motorovyacute kontroleacuter nabiacuteziacute 3 releacuteoveacute vyacutestupy Tyto vyacutestupy jsou připojitelneacute na napětiacute 230V AC s

maximaacutelniacutem proudem 1A Releacuteoveacute vyacutestupy sloužiacute zejmeacutena pro připojeniacute budiacuteciacutech ciacutevek stykačů

Hlavniacute vstupy jsou tvořeny seacuteriiacute svorek jež je umiacutestěnaacute ve spodniacute čaacutesti kontroleacuteru Svorky nesou

označeniacute (DI0 DI1 hellip DI5) Tyto digitaacutelniacute vstupy pracujiacute s napětiacutem 24V DC a sloužiacute pro

připojeniacute ovlaacutedaciacutech tlačiacutetek jako start motoru stop motoru reverzaci rozběh hvězda-trojuacutehelniacutek

nebo např použitiacute vstupu pro koncovyacute spiacutenač pro připojeniacute pomocnyacutech kontaktů stykačů či

funkci aktuaacutetor kdy je ovlaacutedaacuten pohon ventilu Vše podle nastaveniacute uživatele a pracovniacuteho

procesu Vedle hlavniacutech vstupniacutech kontaktů se nachaacuteziacute takeacute jeden vyacutestupniacute s označeniacutem (DO3)

Tento digitaacutelniacute vyacutestup lze využiacutet k připojeniacute 24V DC signalizačniacute kontrolky pro chybovaacute hlaacutešeniacute

modulu UMC100 nabiacuteziacute integrovanyacute vstup pro připojeniacute PTC termistoru Diacuteky PTC jsme

schopni hliacutedat teplotu statoroveacuteho vinutiacute a předejiacutet tiacutem zaacutevažneacutemu poškozeniacute motoru

Hlavniacute obvod

Měřeniacute proudu faacutezovyacutemi vodiči je řešeno pomociacute 3 průvlečnyacutech ok integrovanyacutech v modulu

Tato průvlečnaacute oka jsou měřiacuteciacutemi transformaacutetory proudu navinutyacutemi na toroidniacutem jaacutedře Diacuteky

těmto transformaacutetorům je kontroleacuter schopnyacute měřit proud v rozsahu 024 až 63A Pro vyššiacute

hodnoty proudů až 850A se použiacutevaacute externiacute proudovyacute transformaacutetor

Možnost rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru

UMC se v průmyslovyacutech aplikaciacutech nejčastěji použiacutevaacute s využitiacutem napěťoveacuteho a rozšiřovaciacuteho

(vstupně-vyacutestupniacuteho) modulu Pro laboratorniacute uacutelohu je použit napěťovyacute modul VI150 a

rozšiřovaciacute modul DX122 jenž jsou připojeny k UMC pomociacute UMCIO-CAB přes svorky

s označeniacutem Ca a Cb

Napěťovyacute modul VI150

K demonstraci kontroleacuteru je použit modul s označeniacutem VI150 Zařiacutezeniacute disponuje konektory pro

připojeniacute faacutezovyacutech vodičů (L1 L2 a L3) a je schopneacute měřit hodnotu sdruženeacuteho napětiacute siacutetě

S naměřenyacutemi hodnotami faacutezoveacuteho proudu pomociacute UMC dostaacutevaacuteme takeacute hodnotu faacutezoveacuteho

posuvu mezi napětiacutem a proudem tedy uacutečiniacuteku cos φ Z těchto naměřenyacutech parametrů vypočiacutetaacute

řiacutediacuteciacute jednotka kontroleacuteru činnyacute přiacutekon Ovšem pro spraacutevnou detekci napětiacute je nutneacute dodržet

zapojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 51

Vstupně-vyacutestupniacute modul DX122

Modul umožňuje rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru o dalšiacutech 8 digitaacutelniacutech vstupů na napětiacute 110-230V AC 4

releacuteoveacute vyacutestupy a 1 analogovyacute vyacutestup Pomociacute programu ABB Asset Vision Basic je možneacute

přiacutemeacute přiřazeniacute parametrů a programovaacuteniacute UMC100 a takeacute všech zařiacutezeniacute kteraacute jsou vybavena

DTM (Device Type Manager)- naacutestroj pro konfiguraci a spraacutevu zařiacutezeniacute

Komunikačniacute modul MTQ22

O komunikaci mezi UMC a PC se staraacute modul MTQ22 V software vytvořeneacutem pomociacute

vyacutevojoveacuteho prostřediacute LabVIEW lze sledovat aktuaacutelniacute měřeneacute veličiny zobrazenaacute varovaacuteniacute

poruchovyacutech stavů informace o stavu vstupů a vyacutestupů apod

Napaacutejeciacute zdroj

Napaacutejeniacute modulů zajišťuje zdroj CP-D 2413A s regulaciacute vyacutestupniacuteho napětiacute Regulace je možnaacute

v rozpětiacute 24-28V DC Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute zdroje je umožněna z důvodu požadavku

přesneacuteho napětiacute 24V DC Vlivem zatiacuteženiacute (napaacutejeniacute UMC VI a DX) vyacutestupniacute napětiacute zdroje klesaacute

podle zatěžovaciacute charakteristiky přiacuteslušneacuteho zdroje CP-D sloužiacute takeacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacutech

vstupů UMC

Ochranneacute funkce

UMC nenabiacuteziacute pouze možnost měřeniacute faacutezoveacuteho proudu ale takeacute řadu ochran při poruchovyacutech

stavech provozu Nejčastěji v praxi využiacutevanaacute ochrana je ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute kteraacute

je doprovaacutezena varovnou signalizaciacute nastaacutevajiacuteciacute poruchy

Ochrana motoru při proudoveacutem podtiacuteženiacute pracuje na obdobneacutem principu jako předchoziacute ochrana

Kontroleacuter monitoruje hladinu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu Při jeho poklesu pod nastavenou

uacuteroveň maximaacutelniacuteho dovoleneacuteho poklesu (udaacutevaneacute relativně v k jmenoviteacutemu In) dochaacuteziacute k

signalizaci chyby a odpojeniacute motoru od siacutetě

PTC ochrana spočiacutevaacute v hliacutedaacuteniacute teploty statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru pomociacute PTC

termistoru V našem přiacutepadě je použito lineaacuterniacuteho potenciometru kdy se zvyšujiacuteciacutem se odporem

potenciometru simulujeme zvyšujiacuteciacute se teplotu statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru

Při ztraacutetě některeacute napaacutejeciacute faacuteze motoru dochaacuteziacute k okamžiteacutemu blokovaacuteniacute startu motoru

Ochrana sledu faacuteziacute zajistiacute spraacutevneacute zapojeniacute vodičů L1 L2 a L3 ktereacute je slučitelneacute s nastaveniacutem v

UMC

Vlivem přerušovaneacuteho provozu např S3 kdy nedochaacuteziacute v době klidu a odpojeniacute motoru k

poklesu teploty na teplotu okoliacute může vybavit Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute - Thermal

Overload Protection (TOL)

Zablokovaniacute rotoru byacutevaacute způsobeno přiacuteliš vysokyacutem zaacutetěžnyacutem momentem Mz na hřiacutedeli motoru

nebo mechanickou poruchou Kontroleacuter je při startu schopen detekovat tento stav

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 52

62 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute uacutelohy a scheacutema zapojeniacute panelu

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 53

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 54

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha

Štiacutetek použiteacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 64 Štiacutetek motoru

63 Popis scheacutematu zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

Na vstupniacute svorky s označeniacutem VSTUP (L1 L2 L3 N PE) jsou přivedeny přiacuteslušneacute vodiče

z pracovniacuteho stolu Hlavniacute 16A jistič s vypiacutenaciacute charakteristikou typu C sloužiacute pro jištěniacute siloveacute

čaacutesti obvodu Pro jištěniacute napaacutejeciacuteho zdroje CP-D sloužiacute tavnaacute pojistka 2T250V Napěťoveacute

vstupy na modul VI150 jsou jištěny tavnou pojistkou F125250V Posuvnyacute potenciometr

umiacutestěnyacute na faacutezoveacutem vodiči L1 sloužiacute k demonstraci ochrany při faacutezoveacute nesymetrii

Komunikačniacute modul MTQ22 zajišťuje komunikaci mezi UMC a PC kdy prostřednictviacutem

Ethernetoveacute siacutetě jsme schopni čiacutest měřeneacute veličiny

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 55

64 Pracovniacute postup

1 Seznamte se s kontroleacuterem UMC100 a ostatniacutemi komponenty použityacutemi pro laboratorniacute

uacutelohu a se scheacutematem zapojeniacute uacutelohy

2 Připojte elektromotor a vstupniacute svorky na přiacuteslušneacute zdiacuteřky Před připojeniacutem vyacutekonoveacuteho

potenciometru ověřte měřeniacutem jeho minimaacutelniacute a maximaacutelniacute hodnotu odporu a

poznamenejte si je

3 Připojte potenciometr na určeneacute zdiacuteřky označeneacute čiacutesly 1 a 2 a nastavte hodnotu odporu

4 Po kontrole zapojeniacute vyučujiacuteciacutem zapněte pracoviště a nastavte autotransformaacutetor na 100

vyacutestupniacuteho napětiacute Zapněte hlavniacute jistič Kontrola a nastaveniacute komunikace mezi UMC

DX a VI

Nastaveniacute Komunikace se provede přes LCD displej naacutesledujiacuteciacutem způsobem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on

5 Stiskem tlačiacutetka VPŘED nebo VZAD na panelu uvedeme motor do chodu Pro přechod

z jednoho směru do druheacuteho je nutneacute nejprve zastavit motor tlačiacutetkem STOP Při

zastaveniacute je kontroleacuterem motor blokovaacuten po dobu 3s před dalšiacutem spuštěniacutem z důvodu

doběhu motoru Pohybem tlačiacutetek nahoru dolů pomociacute LCD v hlavniacute nabiacutedce - UMC -

můžeme sledovat aktuaacutelniacute proud motoru sdruženeacute napětiacute odebiacuteranyacute přiacutekon ze siacutetě

uacutečiniacutekhellip

6 Při provaacuteděniacute uacutelohy na brzdě (dynamometru) ověřte funkci ochrany při zablokovaacuteniacute

rotoru funkci ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a proudoveacutem přetiacuteženiacute

7 Při vybaveniacute každeacute z ochran zaznamenejte hodnotu kdy vypnula Před novyacutem startem je

důležiteacute přečiacutest zaacuteznam důvodu poruchy a proveacutest reset na panelu UMC100-PAN jinak je

START blokovaacuten

65 Měřeniacute

OCHRANA PŘED PŘEHŘAacuteTIacuteM MOTORU

Potenciometrem označenyacutem PTC je zvyšovaacutena hodnotu odporu do okamžiku kdy dojde

k odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě zapůsobeniacutem PTC ochrany Hodnota odporu potenciometru

při vybaveniacute ochrany je určena měřeniacutem na 341kΩ Odpoviacutedajiacuteciacute hodnotu teploty motoru

odečteme z grafu a hodnoty odporu potenciometru při vypnutiacute

Do tabulky zapište změřenou hodnotu odporu potenciometru při vypnutiacute Při teacuteto hodnotě odporu

odečtěte teplotu motoru z grafu Ziacuteskanou teplotu porovnejte s vypočtenou teplotou motoru

Tabulka naměřenyacutech a vypočtenyacutech hodnot

R ϑg R0 ϑ

[Ω] [degC] [Ω] [degC]

3410 136 1320 13626

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 56

Vyacutepočet vychaacuteziacute ze vztahu pro zaacutevislost elektrickeacuteho odporu vodiče na teplotě

(651)

kde

(652)

Po uacutepravě pak

α - teplotniacute součinitel elektrickeacuteho odporu (K-1

) (α = 001162 K-1

)

R0 - odpor potenciometru v zaacutekladniacute poloze

R - odpor potenciometru při vybaveniacute ochrany

ϑg - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute odečtenaacute z grafu

ϑ - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute ndash vypočtenaacute

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

R [

Ω]

ϑ [degC]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 57

Vinutiacute motoru je izolovaacuteno izolaciacute třiacutedy F (155)

Třiacuteda izolace A E B F H

Okolniacute teplota [degC] 40 40 40 40 40

Povolenyacute naacuterůst teploty [degC] 60 75 80 105 125

Teplotniacute rezerva 5 5 10 10 15

Konečnaacute teplota 105 120 130 155 180

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru [12]

OCHRANA PŘED NESPRAacuteVNYacuteM SLEDEM FAacuteZIacute

Nedodrženiacutem sledu napaacutejeciacutech faacutezovyacutech vodičů (zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů svorek L2 a L3)

jak je nastaveno v UMC provaacutediacute napěťovyacute modul blokaci startu motoru V tomto přiacutepadě

vybavuje neprodleně ochrana sledu faacuteziacute ndashPhase sequence Funkci zaznamenejte do protokolu

OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII

Zvyšovaacuteniacutem odporu vyacutekonoveacuteho potenciometru zapojeneacuteho ve faacutezi L1 (viz scheacutema zapojeniacute

uacutelohy) dochaacuteziacute k simulaci faacutezoveacute nesymetrie siacutetě Motor je odpojen v okamžiku kdy poklesne

hodnota sdruženeacuteho napětiacute mezi faacutezemi L3 a L1 přibližně na hodnotu Us = 380V Velikost

odporu při vybaveniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii činiacute 101Ω Hodnotu nesymetrie zaznamenejte

do protokolu

OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE

Ztraacuteta faacuteze se realizuje pomociacute spiacutenače v pracovniacutem stole kdy odpojiacuteme napaacutejeciacute faacutezi Změřte

čas od odpojeniacute faacuteze L2 do vybaveniacute ochrany při ztraacutetě faacuteze a poznamenejte do protokolu

66 Demonstrace ochran při použitiacute dynamometru

OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU

K testu ochrany při zablokovaacuteniacute rotoru posloužiacute dynamometr jehož hřiacutedel je spojenaacute se hřiacutedeliacute

asynchronniacuteho motoru pomociacute spojky Hřiacutedel dynamometru je poteacute mechanicky zablokovaacutena

Stiskem přiacuteslušneacuteho tlačiacutetka je proveden start motoru a sledovaacuten proud při odpojeniacute motoru od

siacutetě a čas odpojeniacute Proud při vybaveniacute ochrany při mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru dosaacutehl

hodnoty 1978A což odpoviacutedaacute 582In

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute ndash (High current protection)

Pro simulaci proudoveacuteho přetiacuteženiacute maacuteme nastavenou hodnotu odebiacuteraneacuteho proudu na 130 pro

odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě Snižovaacuteniacutem jmenovityacutech otaacuteček motoru pomociacute dynamometru

(bržděniacutem tzn n rarr 0) dochaacuteziacute k naacuterůstu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu I Odpojeniacute nastalo při

odebiacuteraneacutem proudu 447A Nastaveneacute hodnotě (13In ) naacuteležiacute proud 442A Tiacutem lze konstatovat

že vyacutesledek měřeniacute je srovnatelnyacute s hodnotami uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute

Stav proudoveacuteho podtiacuteženiacute nedostatečneacuteho proudoveacuteho zatiacuteženiacute použiacutevanyacute zejmeacutena u čerpadel

je simulovaacuten pomociacute dynamometru kdy je nastavenaacute hodnota poklesu aktuaacutelniacuteho proudu na

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 58

085In a čas odpojeniacute od siacutetě na 10s Po roztočeniacute a zatiacuteženiacute motoru na hodnotu jmenoviteacuteho

proudu jsou pomociacute dynamometru zvyšovaacuteny otaacutečky motoru n Tento proces maacute za naacutesledek

snižovaacuteniacute aktuaacutelniacuteho proteacutekaneacuteho proudu I kdy motor ztraacuteciacute zatiacuteženiacute Nastaveneacute hodnotě

podtiacuteženiacute odpoviacutedaacute aktuaacutelniacute proud 289A Při dosaženiacute teacuteto uacuterovně je spuštěn odpočet a motor za

10s odpojen

67 Vyhodnoceniacute a zaacutevěr

Vyacutesledkem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute technologiiacute pro diagnostiku

veličin při chodu trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru Při demonstračniacute simulaci ochran byly

dosaženy naacutesledujiacuteciacute vyacutesledky PTC ochrana vybavuje při hodnotě odporu 341kΩ Tato hodnota

odpoviacutedaacute teplotě ϑg = 136degC odečteneacute z grafu Vypočtenaacute teplota ϑ = 13626degC Vyacuterobce uvaacutediacute

zapůsobeniacute ochrany při hodnotě odporu v rozsahu 34-38kΩ Zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů L2 a

L3 proběhla okamžitaacute blokace spuštěniacute motoru Faacutezovaacute nesymetrie vybavila při poklesu napětiacute o

5 Ztraacutetou napaacutejeciacute faacuteze proběhlo odpojeniacute motoru v čase t = 15s Čas odpojeniacute odpoviacutedaacute třiacutedě

přetiacuteženiacute 5E kteraacute je nastavena

Při testu za použitiacute dynamometru bylo zjištěno že při zablokovaneacutem rotoru motoru zapůsobil

kontroleacuter při nastaveneacutem přetiacuteženiacute 3In Teacuteto hodnotě naacuteležiacute proud 102A Jelikož je nastavena

třiacuteda přetiacuteženiacute 5E ktereacute naacuteležiacute interval 15s a poteacute odpojeniacute motoru tak během tohoto okamžiku

vzrostla hodnota proudu na 1978A což odpoviacutedaacute 582In Při proudoveacutem přetiacuteženiacute odpoviacutedaly

vyacutesledky měřeniacute nastaveneacute hodnotě přetiacuteženiacute 13In Ve stavu proudoveacuteho podtiacuteženiacute zapůsobila

ochrana spraacutevně dle nastaveneacuteho poklesu proudu na 085In

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 35: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 35

33 Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute zabezpečiacute odpojeniacute motoru vyskytne-li se v obvodu většiacute

hodnota proudu než nastavenaacute jmenovitaacute In Bliacuteže tuto funkci představiacute přiloženyacute průběh Funkce

je aktivniacute až po roztočeniacute motoru v okamžiku rozběhu je neaktivniacute

Princip ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Do okamžiku T1 od zapnutiacute klesne zaacuteběrnyacute proud na hodnotu cca Ix = 135 In V časoveacutem

uacuteseku T1 až T2 dochaacuteziacute k naacuterůstu prochaacutezejiacuteciacuteho proudu motorem V okamžiku T2 překročiacute

proud hodnotu Ivar Tiacutemto okamžikem začne odpočet nastaveneacute doby zpožděniacute tvar kteraacute po

uplynutiacute sepne signalizaci varovaacuteniacute nadproudoveacuteho přetiacuteženiacute Odpočet doby tvar narůstaacute je-li

proud motorem I gt Ivar Jakmile proud I ge Iodp dochaacuteziacute k sepnutiacute čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute todp

Platiacute-li podmiacutenka I ge Iodp a dojde k načteniacute hodnoty todp UMC100 odpojiacute motor od napaacutejeniacute a tiacutem

zabraacuteniacute jeho poškozeniacute

Obr 33 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu přetiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash dosaženiacute vysokeacute proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash dosaženiacute hodnoty proudoveacute uacuterovně kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

34 Ochrana při proudoveacutem podtiacuteženiacute

Jakmile hodnota (činneacuteho) proudu klesne pod nastavenou uacuteroveň kteraacute je pro danyacute proces

typickaacute dojde v UMC100 k vybaveniacute ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a motor odpojiacute od

napaacutejeniacute Tato ochrana se předevšiacutem využiacutevaacute pro hliacutedaacuteniacute spraacutevneacute funkce čerpadla když detekuje

ztraacutetu jeho saacuteniacute či pro paacutesoveacute dopravniacuteky ve vyacuterobniacutech provozech Včasneacute varovaacuteniacute a odpojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 36

motoru snižuje zejmeacutena prostoje vyacuteroby Princip varovaacuteniacute a odpojeniacute je představen na

naacutesledujiacuteciacutem průběhu jak tomu bylo u ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Princip ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute zobrazeneacuteho průběhu

Po poklesu aktuaacutelniacuteho proudu v okamžiku T1 motor normaacutelně běžiacute V časoveacutem uacuteseku T1 až

T2 dochaacuteziacute k poklesu proudu pod jmenovitou hodnotu In až na nastavenou hodnotu Ivar Při

dosaženiacute teacuteto hodnoty začne odpočet varovaacuteniacute proudoveacuteho podtiacuteženiacute Nepřesaacutehne-li proud za

dobu kratšiacute než tvar mez Ivar (tzn nevzroste-li se zpět k In) dojde ke spuštěniacute signalizace

proudoveacuteho podtiacuteženiacute Při pokračujiacuteciacutem poklesu proudu jak je patrneacute v časoveacutem intervalu T2-T3

až na mez Iodp dojde k čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute Při překročeniacute nastaveneacute doby todp a za

podmiacutenky že proud I le Iodp UMC100 motor odpojiacute od napaacutejeciacute siacutetě

Obr 34 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash niacutezkaacute proudovaacute uacuteroveň kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash hodnota proudu kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

Popis funkce ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute blokoveacuteho scheacutematu

Signaacutel Istart představuje hodnotu proudu po startu motoru- log 1(tzn Signalizace motoru v

chodu) Tento signaacutel tvořiacute vstup logickeacuteho hradla AND (1) Funkci tohoto hradla znaacutezorňuje

přiloženaacute tabulka Tab 33 Druhyacute vstup signalizuje aktuaacutelniacute hodnotu proudu kteraacute motorem

proteacutekaacute Je-li proud IltIvar detekuje hradlo AND druhou logickou jedničku a hradlo vybaviacute podle

přiloženeacute tabulky Tento signaacutel z hradla aktivuje časovač zpožděniacute varovaacuteniacute Po uplynutiacute

nastaveneacuteho časoveacuteho uacuteseku signalizuje podtiacuteženiacute Dochaacuteziacute-li staacutele k poklesu proudu až do

uacuterovně kdy IltIodp pak na druheacutem logickeacutem hradle AND (2) budou na vstupu log 1 Sepne

čiacutetaacuteniacute zpožděniacute vypnutiacute a po uplynutiacute doby UMC motor vypne

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 37

Obr 35 Blokoveacute scheacutema ochrany proti proudoveacutemu podtiacuteženiacute [1]

Vstup Vyacutestup

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

Tab 33 Princip funkce logickeacuteho hradla AND

341 Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek

Při chodu asynchronniacuteho motoru odebiacuteraacute stroj ze siacutetě jalovyacute proud kteryacute je potřebnyacute pro

vytvořeniacute magnetizace hlavniacuteho magnetickeacuteho obvodu Tento tzv magnetizačniacute proud je

nezaacutevislyacute na zatiacuteženiacute stroje Uplatněniacute nalezne zejmeacutena při chodu napraacutezdno a maleacutem zatiacuteženiacute

kdy je uacutečiniacutek motoru niacutezkyacute Motor maacute tedy nejleacutepe pracovat při plneacutem zatiacuteženiacute[11]

Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek jsou důležiteacute parametry pro detekovaacuteniacute niacutezkeacute zaacutetěže nebo situace bez

zaacutetěže např uzavřenyacute ventil Pomociacute napěťoveacuteho modulu VI15x a UMC je měřeno sdruženeacute

(faacutezoveacute) napětiacute faacutezovyacute proud čili i faacutezovyacute posuv mezi proudem a napětiacutem - cos φ Pomociacute těchto

parametrů je UMC schopneacute analogicky spočiacutetat hodnotu činneacuteho přiacutekonu

radic

Poklesne-li poteacute činnyacute přiacutekon pod nastavenou procentuaacutelniacute hodnotu P (př 85 Pn) motor vypne

tj bude-li PPn le 085

Experimentaacutelniacutem měřeniacutem v raacutemci laboratorniacute uacutelohy byla pomociacute přiacutestroje Yokogawa WT1800

změřena zaacutevislost uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute motoru Z vyacutesledneacuteho grafu (Obr 37) je

patrneacute že se snižovaacuteniacutem zatiacuteženiacute rotoru klesaacute velikost uacutečiniacuteku Naměřeneacute hodnoty pro konstrukci

grafu jsou uvedeny v přiacuteloze

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 38

Obr 36 Charakteristiky asynchronniacuteho motoru při zatiacuteženiacute [11]

Obr 37 Graf zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti P2

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

01

02

03

04

05

06

07

08

09

0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000

P1 [

W]

cos

ϕ [

-]

P2 [W]

P2 P1 Q1

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 39

35 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

Princip ochrany

Je-li poměr nejnižšiacuteho proudu (Imin) a nejvyššiacuteho proudu (Imax) ve faacuteziacutech nad nastavenou

uacuterovniacute pro varovaacuteniacute sepne signalizace ztraacutety faacuteze Jakmile ovšem tento poměr překročiacute

nastavenou hodnotu pro odpojeniacute motoru sepne zpožděniacute vypnutiacute a podle nastaveneacute třiacutedy

přetiacuteženiacute motor po uplynutiacute časoveacuteho intervalu odpojiacute

Funkce faacutezoveacute nesymetrie je aktivniacute pouze tehdy je-li proud ve všech třech faacuteziacutech gt 25 In

(jmenoviteacuteho proudu) [1]

Naacutesledujiacuteciacute rovnice představuje vyacutepočet procentuaacutelniacuteho poměru proudu pro vypnutiacute motoru při

uacuteplneacute ztraacutetě faacuteze

(

)

36 Ochrana sledu faacuteziacute

Ochrana sledu faacuteziacute hliacutedaacute zejmeacutena spraacutevnyacute směr otaacutečeniacute motoru Důležiteacute pro použitiacute teacuteto

ochrany je miacutesto zapojeniacute napěťoveacuteho modulu VI15x Pokud by byl modul zapojen za stykači

nastala by chyba při reverzniacutem zapojeniacute Na stykačiacutech dochaacuteziacute zapojeniacutem k zaacuteměně dvou

faacutezovyacutech vodičů a tiacutem i změně směru otaacutečeniacute motoru UMC s pomociacute VI150 vyhodnotiacute situaci

jako chybovou a vypne motor Napěťovyacute modul se tedy zpravidla umiacutesťuje hned za hlavniacute jistiacuteciacute

prvek viz Obr 44

37 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Jedno z největšiacutech nebezpečiacute pro motor představuje ztraacuteta jedneacute napaacutejeciacute faacuteze Chod na 2

napaacutejeciacute faacuteze zatěžuje motor na tepelneacute uacutečinky proudu vlivem zvyacutešeniacute proudu ve zbylyacutech 2

faacuteziacutech UMC100 v tomto přiacutepadě vypiacutenaacute motor podle předem stanovenyacutech časovyacutech intervalů

Intervaly vypnutiacute jsou stejneacute jako pro ochranu proti proudoveacutemu přetiacuteženiacute (Tab 32) a

odpoviacutedajiacute nastaveneacute třiacutedě přetiacuteženiacute Tuto ochranu dřiacuteve zajišťovalo tepelneacute releacute ktereacute v tomto

přiacutepadě nemusiacute byacutet použito

38 PTC ochrana

381 Termistor

Termistor je polovodičovyacute nelineaacuterniacute dvojpoacutel jehož odpor se měniacute v zaacutevislosti na teplotě

prostřediacute ve ktereacutem pracuje Jeho vyacutehodou je že velmi rychle a citlivě reaguje na změnu teploty

Rozlišujeme zpravidla 2 druhy termistorů

1 NTC (Negative Temperature Coefficient) - termistor se zaacutepornyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou klesaacute jeho odpor (roste elektrickaacute vodivost a proud)

2 PTC (Positive Temperature Coefficient) ndash termistor s kladnyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou jeho odpor roste

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 40

Obr 38 Zaacutevislost odporu termistoru na teplotě

Použitiacute termistorů

NTC termistory se použiacutevajiacute zpravidla k měřeniacute teploty PTC se nejčastěji využiacutevaacute

v kuchyňskyacutech spotřebičiacutech kde je požadovaacutena konstantniacute teplota v termostatech a pro hliacutedaacuteniacute

teploty vinutiacute motorů

382 Princip PTC ochrany v UMC

Ochrana obecně spadaacute do skupiny proudově nezaacutevislyacutech ochran Pro připojeniacute PTC

termistoru sloužiacute na UMC100 svorky s označeniacutem T1 a T2 PTC zvyšuje svůj odpor s rostouciacute

teplotou proto je možneacute ho použiacutet pro hliacutedaacuteniacute teploty např vinutiacute statoru UMC je schopneacute

vyhodnotit tuto změnu odporu a vydaacute signaacutel k odpojeniacute motoru od siacutetě [7]

39 Ochrana při zemniacutem spojeniacute

Ochrana při zemniacutem spojeniacute spočiacutevaacute v ochraně motoru siacutetě a technologie při nežaacutedouciacutech

vlivech způsobenyacutech zejmeacutena staacuternutiacutem izolace a jejiacutem zhoršenyacutem izolačniacutem uacutečinkem

Naacutesledkem přetěžovaacuteniacute vedeniacute vlhkostiacute kondenzaciacute vody v elektrickeacutem zařiacutezeniacute nebo vrstvou

vodiveacuteho prachu jsou praacutevě zhoršeneacute vlastnosti izolačniacuteho materiaacutelu To vede k nechtěneacutemu

zemniacutemu spojeniacute Zemniacute spojeniacute je monitorovaacuteno pomociacute UMC spolu se zařiacutezeniacutem CEM11 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 41

DEMONSTRAČNIacute PŘIacutePRAVEK 4

41 Naacutevrh přiacutepravku

Pro demonstraci UMC100 a dalšiacutech prvků řady produktů od společnosti ABB sro byl

navržen přiacutepravek pomociacute software AutoCAD a Inventor Professional kteryacute byl poteacute zrealizovaacuten

a oživen Nosnaacute konstrukce (Obr 41) je vyrobena z jӓckelu o rozměru 25x25mm

Obr 41 Nosnaacute konstrukce

Čelniacute panel tvořiacute plech s rozměry 500x400mm a tloušťky 2mm Plech je osazen

rozvaděčovyacutemi kanaacutely 25x60mm a všemi potřebnyacutemi komponentami pro realizaci zapojeniacute

Vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho panelu s otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky a ovlaacutedaciacute tlačiacutetka motoru je na

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

Seznam použityacutech komponent Vyacuterobce

3-poacutelovyacute jistič C16 OEZ

Pojistkoveacute pouzdro RSP 4 Elektro Bečov

Komunikačniacute modul MTQ22-FBP ABB

Motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP ABB

Napěťovyacute modul VI150-FBP ABB

Rozšiřovaciacute modul DX122-FBP ABB

Ministykač LC1K09(LC1K12) Schneider Electric

Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A ABB

Rozvaděčovyacute kanaacutel 25x60mm KOPOS

Přiacutestrojoveacute zdiacuteřky 4mm do panelu AMASS

Tlačiacutetka do panelu 250V1A JIETONG

Tab 41 Seznam použityacutech komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 42

Pro konstrukci je důležiteacute aby navrženyacute panel rozměrově odpoviacutedal všem potřebnyacutem přiacutestrojům

a modulům Pro tuto přiacuteležitost je pomociacute software AutoCAD vytvořen vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho

panelu Obr 43 kteryacute je konstruovaacuten

Navrženyacute nosnyacute plech tloušťky 2mm na ktereacutem jsou umiacutestěny veškereacute komponenty Obr 42

Ve vrchniacute polovině plechu jsou vyvrtaacuteny otvory o průměru 4mm sloužiacuteciacute pro uchyceniacute

rozvaděčoveacuteho kanaacutelu a DIN lišty Ve středniacute čaacutesti plechu jsou 4 průvlečneacute otvory určeneacute k

průchodu vodičů ze zadniacute čaacutesti plechu (od napaacutejeciacutech svorek) do rozvaděčoveacuteho kanaacutelu na straně

předniacute Pro tuto potřebu jsou stejneacute otvory vyvrtaacuteny takeacute do dna kanaacutelu Ve spodniacute čaacutesti jsou

otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky pomociacute kteryacutech je zajištěno napaacutejeniacute panelu a poteacute napaacutejeniacute motoru

a 3 otvory na ovlaacutedaciacute tlačiacutetka k zajištěniacute ovlaacutedaacuteniacute motoru Uchyceniacute plechu k nosneacute konstrukci

je provedeno samořeznyacutemi šroubky M5 v roziacutech plechu

Obr 42 Naacutevrh plechu panelu

Vyacutekres plechu s udaacuteniacutem koacutet je obsažen v přiacuteloze praacutece viz Obr 01

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 43

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 44

42 Scheacutema zapojeniacute přiacutepravku

Demonstračniacute panel je uzpůsoben pro reverzniacute chod trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 44 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho přiacutepravku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 45

43 Vyacuteslednyacute přiacutepravek

Vyacuteslednyacute osazenyacute a zapojenyacute přiacutepravek určenyacute pro laboratorniacute uacutelohu doplněnyacute vhodnyacutemi

štiacutetky pro ovlaacutedaacuteniacute a zapojeniacute napaacutejeciacute siacutetě (VSTUP) a motoru (VYacuteSTUP)

Obr 45 Demonstračniacute přiacutepravek

Zadniacute čaacutest panelu s izolovaacuteniacutem konektorů FASTON pomociacute teplem smrštitelneacute bužiacuterky před

nebezpečnyacutem dotykem živeacute čaacutesti

Obr 46 Zadniacute pohled

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 46

44 Demonstračniacute kufr pro ABB

Pro společnost ABB sro byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 prezentujiacuteciacute

jeho možnosti Zaacutekladniacutem požadavkem naacutevrhu bylo řešeniacute pomociacute jednofaacutezoveacuteho napaacutejeniacute

Jelikož UMC100 je uzpůsobeno pro chod trojfaacutezovyacutech motorů je použit frekvenčniacute měnič

ACS50 kteryacute nabiacuteziacute při napaacutejeniacute pomociacute jednofaacutezoveacute siacutetě na sveacutem vyacutestupu napětiacute 3x230V50Hz

Pro digitaacutelniacute vstupy UMC100 a rozšiřovaciacuteho modulu DX111 je navrženo použitiacute dvoupoacutelovyacutech

paacutečkovyacutech přepiacutenačů s funkciacute (ON)-OFF-ON s napětiacutem 24V DC K signalizaci aktivniacutech vstupů

a vyacutestupů je navrženo použitiacute zelenyacutech signaacutelek Ovlaacutedaciacute panel kufru obsahuje spiacutenače pro

simulaci ztraacutety napaacutejeciacute faacuteze motoru potenciometr k simulaci faacutezoveacute nesymetrie daacutele červenou

signaacutelku pro signalizaci poruchovyacutech stavů a žlutou pro chod motoru Všechny přepiacutenače a

signaacutelky jsou přiacutestupneacute uživateli prostřednictviacutem navrženeacuteho ovlaacutedaciacuteho panelu kteryacute současně

posloužiacute jako kryt kufru (Obr 02) Jelikož pro přenosnyacute kufr neniacute nejvhodnějšiacute použitiacute

asynchronniacuteho motoru je proto použit 6-poacutelovyacute synchronniacute motor s přiacutekonem 23VA

vyacutestupniacutem vyacutekonem 105W a jmenovityacutem proudem 100mA

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 47

Obr 47 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho kufru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 48

SIMULACE OCHRAN 5Kapitola obsahuje soupis simulaciacute ochran ktereacute jsou demonstrovaacuteny v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jež se zabyacutevaacute problematikou UMC100 Z širokeacute škaacutely ochran jsou vybraacuteny 4 situace ktereacute

se v průmyslu často vyskytujiacute

51 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

K nasimulovaacuteniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii je použit posuvnyacute potenciometr kteryacute je

připojen na svorky (12) Pomociacute potenciometru bude snižovaacutena velikost napětiacute na přiacutevodniacute faacutezi

do motoru (L1) Pro demonstraci ochrany je použit napěťovyacute modul VI150 spolu s UMC100 Na

svorky modulu označeneacute (L1L2 a L3) jsou přivedeny faacuteze v uvedeneacutem sledu Při zvyšovaacuteniacute

odporu rezistoru ve faacutezi dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute napětiacute na přiacutevodniacute svorce (L1) vlivem rostouciacuteho

uacutebytku napětiacute na daneacutem rezistoru Je-li napěťovyacute modul propojen vodičem s UMC a je-li spraacutevně

nastaven UMC vyhodnotiacute po určiteacutem poklesu napětiacute a naacuterůstu proudu ve zbylyacutech dvou faacuteziacutech

(L2 a L3) jako chybovou a vybaviacute Nejprve bude vybaveno varovaacuteniacute a poteacute dojde k odpojeniacute

motoru

52 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze je motor vystaven vysokeacutemu riziku což většinou vede k jeho

zničeniacute Demonstrace ochrany proběhne uacuteplnyacutem odpojeniacutem napaacutejeciacute faacuteze L2 Pro vybaveniacute

ochrany neniacute zapotřebiacute aby byl motor v chodu neboť použitiacute napěťoveacuteho modulu VI150

detekuje nepřiacutetomnost napětiacute faacuteze a vybaviacute Při chodu motoru ochrana vybaviacute od 15s pro třiacutedu

5E a do 12s pro 40E podle nastaveneacute třiacutedy přetiacuteženiacute viz Tab 32 Princip funkce při chodu

motoru spočiacutevaacute v porovnaacuteniacute nejvyššiacute a nejnižšiacute naměřeneacute hodnoty faacutezoveacuteho proudu s

nastavenyacutemi uacuterovněmi Vyacutehodou je že signalizuje varovaacuteniacute ještě před samotnyacutem spuštěniacutem

motoru kdy může nastat stav že je přepaacutelena pojistka a obsluha toto nezaznamenala Mimo

přepaacuteleneacute pojistky se může takeacute jednat o uvolněnyacute nebo opotřebenyacute kontakt

53 Ochrana sledu faacuteziacute

Pro spraacutevnyacute chod motoru a diagnostiku pomociacute kontroleacuteru s použitiacutem napěťoveacuteho modulu je

zapotřebiacute dodržet sled faacuteziacute tzn Faacutezovyacute vodič L1rarrsvorka L1 L2 rarrsvorka L3 a L3rarrsvorka L3

Při zaacuteměně některyacutech faacutezovyacutech vodičů neprodleně vybaviacute ochrana sledu faacuteziacute a neniacute dovoleno

spuštěniacute motoru do okamžiku dokud neniacute obsluhou tento probleacutem vyřešen

54 PTC ochrana

Pro vyhodnocovaacuteniacute teploty vinutiacute statoru motoru sloužiacute termistor PTC Při zvyacutešeniacute teploty

nastaacutevaacute zvyacutešeniacute odporu termistoru (viz Obr 38) a motor odpojiacute Udaacutevanaacute odezva UMC na

změnu odporu je v rozmeziacute R = 34-38kΩ

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 49

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany

Z důvodu ochrany motoru neniacute vhodneacute vystavovat motor zvyacutešeneacute teplotě pro nastiacuteněniacute funkce

PTC ochrany Pro tento uacutečel posloužiacute zhotovenyacute box osazenyacute lineaacuterniacutem potenciometrem

s hodnotou odporu 25kΩ jemuž jsou předřazeny odpory 1kΩ a 330Ω

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 50

LABORATORNIacute UacuteLOHA 6

61 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100

Uacutekolem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute řiacutediacuteciacute a kontrolniacute jednotkou pro

provoz trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru UMC100

Motorovyacute kontroleacuter nabiacuteziacute 3 releacuteoveacute vyacutestupy Tyto vyacutestupy jsou připojitelneacute na napětiacute 230V AC s

maximaacutelniacutem proudem 1A Releacuteoveacute vyacutestupy sloužiacute zejmeacutena pro připojeniacute budiacuteciacutech ciacutevek stykačů

Hlavniacute vstupy jsou tvořeny seacuteriiacute svorek jež je umiacutestěnaacute ve spodniacute čaacutesti kontroleacuteru Svorky nesou

označeniacute (DI0 DI1 hellip DI5) Tyto digitaacutelniacute vstupy pracujiacute s napětiacutem 24V DC a sloužiacute pro

připojeniacute ovlaacutedaciacutech tlačiacutetek jako start motoru stop motoru reverzaci rozběh hvězda-trojuacutehelniacutek

nebo např použitiacute vstupu pro koncovyacute spiacutenač pro připojeniacute pomocnyacutech kontaktů stykačů či

funkci aktuaacutetor kdy je ovlaacutedaacuten pohon ventilu Vše podle nastaveniacute uživatele a pracovniacuteho

procesu Vedle hlavniacutech vstupniacutech kontaktů se nachaacuteziacute takeacute jeden vyacutestupniacute s označeniacutem (DO3)

Tento digitaacutelniacute vyacutestup lze využiacutet k připojeniacute 24V DC signalizačniacute kontrolky pro chybovaacute hlaacutešeniacute

modulu UMC100 nabiacuteziacute integrovanyacute vstup pro připojeniacute PTC termistoru Diacuteky PTC jsme

schopni hliacutedat teplotu statoroveacuteho vinutiacute a předejiacutet tiacutem zaacutevažneacutemu poškozeniacute motoru

Hlavniacute obvod

Měřeniacute proudu faacutezovyacutemi vodiči je řešeno pomociacute 3 průvlečnyacutech ok integrovanyacutech v modulu

Tato průvlečnaacute oka jsou měřiacuteciacutemi transformaacutetory proudu navinutyacutemi na toroidniacutem jaacutedře Diacuteky

těmto transformaacutetorům je kontroleacuter schopnyacute měřit proud v rozsahu 024 až 63A Pro vyššiacute

hodnoty proudů až 850A se použiacutevaacute externiacute proudovyacute transformaacutetor

Možnost rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru

UMC se v průmyslovyacutech aplikaciacutech nejčastěji použiacutevaacute s využitiacutem napěťoveacuteho a rozšiřovaciacuteho

(vstupně-vyacutestupniacuteho) modulu Pro laboratorniacute uacutelohu je použit napěťovyacute modul VI150 a

rozšiřovaciacute modul DX122 jenž jsou připojeny k UMC pomociacute UMCIO-CAB přes svorky

s označeniacutem Ca a Cb

Napěťovyacute modul VI150

K demonstraci kontroleacuteru je použit modul s označeniacutem VI150 Zařiacutezeniacute disponuje konektory pro

připojeniacute faacutezovyacutech vodičů (L1 L2 a L3) a je schopneacute měřit hodnotu sdruženeacuteho napětiacute siacutetě

S naměřenyacutemi hodnotami faacutezoveacuteho proudu pomociacute UMC dostaacutevaacuteme takeacute hodnotu faacutezoveacuteho

posuvu mezi napětiacutem a proudem tedy uacutečiniacuteku cos φ Z těchto naměřenyacutech parametrů vypočiacutetaacute

řiacutediacuteciacute jednotka kontroleacuteru činnyacute přiacutekon Ovšem pro spraacutevnou detekci napětiacute je nutneacute dodržet

zapojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 51

Vstupně-vyacutestupniacute modul DX122

Modul umožňuje rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru o dalšiacutech 8 digitaacutelniacutech vstupů na napětiacute 110-230V AC 4

releacuteoveacute vyacutestupy a 1 analogovyacute vyacutestup Pomociacute programu ABB Asset Vision Basic je možneacute

přiacutemeacute přiřazeniacute parametrů a programovaacuteniacute UMC100 a takeacute všech zařiacutezeniacute kteraacute jsou vybavena

DTM (Device Type Manager)- naacutestroj pro konfiguraci a spraacutevu zařiacutezeniacute

Komunikačniacute modul MTQ22

O komunikaci mezi UMC a PC se staraacute modul MTQ22 V software vytvořeneacutem pomociacute

vyacutevojoveacuteho prostřediacute LabVIEW lze sledovat aktuaacutelniacute měřeneacute veličiny zobrazenaacute varovaacuteniacute

poruchovyacutech stavů informace o stavu vstupů a vyacutestupů apod

Napaacutejeciacute zdroj

Napaacutejeniacute modulů zajišťuje zdroj CP-D 2413A s regulaciacute vyacutestupniacuteho napětiacute Regulace je možnaacute

v rozpětiacute 24-28V DC Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute zdroje je umožněna z důvodu požadavku

přesneacuteho napětiacute 24V DC Vlivem zatiacuteženiacute (napaacutejeniacute UMC VI a DX) vyacutestupniacute napětiacute zdroje klesaacute

podle zatěžovaciacute charakteristiky přiacuteslušneacuteho zdroje CP-D sloužiacute takeacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacutech

vstupů UMC

Ochranneacute funkce

UMC nenabiacuteziacute pouze možnost měřeniacute faacutezoveacuteho proudu ale takeacute řadu ochran při poruchovyacutech

stavech provozu Nejčastěji v praxi využiacutevanaacute ochrana je ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute kteraacute

je doprovaacutezena varovnou signalizaciacute nastaacutevajiacuteciacute poruchy

Ochrana motoru při proudoveacutem podtiacuteženiacute pracuje na obdobneacutem principu jako předchoziacute ochrana

Kontroleacuter monitoruje hladinu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu Při jeho poklesu pod nastavenou

uacuteroveň maximaacutelniacuteho dovoleneacuteho poklesu (udaacutevaneacute relativně v k jmenoviteacutemu In) dochaacuteziacute k

signalizaci chyby a odpojeniacute motoru od siacutetě

PTC ochrana spočiacutevaacute v hliacutedaacuteniacute teploty statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru pomociacute PTC

termistoru V našem přiacutepadě je použito lineaacuterniacuteho potenciometru kdy se zvyšujiacuteciacutem se odporem

potenciometru simulujeme zvyšujiacuteciacute se teplotu statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru

Při ztraacutetě některeacute napaacutejeciacute faacuteze motoru dochaacuteziacute k okamžiteacutemu blokovaacuteniacute startu motoru

Ochrana sledu faacuteziacute zajistiacute spraacutevneacute zapojeniacute vodičů L1 L2 a L3 ktereacute je slučitelneacute s nastaveniacutem v

UMC

Vlivem přerušovaneacuteho provozu např S3 kdy nedochaacuteziacute v době klidu a odpojeniacute motoru k

poklesu teploty na teplotu okoliacute může vybavit Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute - Thermal

Overload Protection (TOL)

Zablokovaniacute rotoru byacutevaacute způsobeno přiacuteliš vysokyacutem zaacutetěžnyacutem momentem Mz na hřiacutedeli motoru

nebo mechanickou poruchou Kontroleacuter je při startu schopen detekovat tento stav

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 52

62 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute uacutelohy a scheacutema zapojeniacute panelu

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 53

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 54

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha

Štiacutetek použiteacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 64 Štiacutetek motoru

63 Popis scheacutematu zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

Na vstupniacute svorky s označeniacutem VSTUP (L1 L2 L3 N PE) jsou přivedeny přiacuteslušneacute vodiče

z pracovniacuteho stolu Hlavniacute 16A jistič s vypiacutenaciacute charakteristikou typu C sloužiacute pro jištěniacute siloveacute

čaacutesti obvodu Pro jištěniacute napaacutejeciacuteho zdroje CP-D sloužiacute tavnaacute pojistka 2T250V Napěťoveacute

vstupy na modul VI150 jsou jištěny tavnou pojistkou F125250V Posuvnyacute potenciometr

umiacutestěnyacute na faacutezoveacutem vodiči L1 sloužiacute k demonstraci ochrany při faacutezoveacute nesymetrii

Komunikačniacute modul MTQ22 zajišťuje komunikaci mezi UMC a PC kdy prostřednictviacutem

Ethernetoveacute siacutetě jsme schopni čiacutest měřeneacute veličiny

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 55

64 Pracovniacute postup

1 Seznamte se s kontroleacuterem UMC100 a ostatniacutemi komponenty použityacutemi pro laboratorniacute

uacutelohu a se scheacutematem zapojeniacute uacutelohy

2 Připojte elektromotor a vstupniacute svorky na přiacuteslušneacute zdiacuteřky Před připojeniacutem vyacutekonoveacuteho

potenciometru ověřte měřeniacutem jeho minimaacutelniacute a maximaacutelniacute hodnotu odporu a

poznamenejte si je

3 Připojte potenciometr na určeneacute zdiacuteřky označeneacute čiacutesly 1 a 2 a nastavte hodnotu odporu

4 Po kontrole zapojeniacute vyučujiacuteciacutem zapněte pracoviště a nastavte autotransformaacutetor na 100

vyacutestupniacuteho napětiacute Zapněte hlavniacute jistič Kontrola a nastaveniacute komunikace mezi UMC

DX a VI

Nastaveniacute Komunikace se provede přes LCD displej naacutesledujiacuteciacutem způsobem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on

5 Stiskem tlačiacutetka VPŘED nebo VZAD na panelu uvedeme motor do chodu Pro přechod

z jednoho směru do druheacuteho je nutneacute nejprve zastavit motor tlačiacutetkem STOP Při

zastaveniacute je kontroleacuterem motor blokovaacuten po dobu 3s před dalšiacutem spuštěniacutem z důvodu

doběhu motoru Pohybem tlačiacutetek nahoru dolů pomociacute LCD v hlavniacute nabiacutedce - UMC -

můžeme sledovat aktuaacutelniacute proud motoru sdruženeacute napětiacute odebiacuteranyacute přiacutekon ze siacutetě

uacutečiniacutekhellip

6 Při provaacuteděniacute uacutelohy na brzdě (dynamometru) ověřte funkci ochrany při zablokovaacuteniacute

rotoru funkci ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a proudoveacutem přetiacuteženiacute

7 Při vybaveniacute každeacute z ochran zaznamenejte hodnotu kdy vypnula Před novyacutem startem je

důležiteacute přečiacutest zaacuteznam důvodu poruchy a proveacutest reset na panelu UMC100-PAN jinak je

START blokovaacuten

65 Měřeniacute

OCHRANA PŘED PŘEHŘAacuteTIacuteM MOTORU

Potenciometrem označenyacutem PTC je zvyšovaacutena hodnotu odporu do okamžiku kdy dojde

k odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě zapůsobeniacutem PTC ochrany Hodnota odporu potenciometru

při vybaveniacute ochrany je určena měřeniacutem na 341kΩ Odpoviacutedajiacuteciacute hodnotu teploty motoru

odečteme z grafu a hodnoty odporu potenciometru při vypnutiacute

Do tabulky zapište změřenou hodnotu odporu potenciometru při vypnutiacute Při teacuteto hodnotě odporu

odečtěte teplotu motoru z grafu Ziacuteskanou teplotu porovnejte s vypočtenou teplotou motoru

Tabulka naměřenyacutech a vypočtenyacutech hodnot

R ϑg R0 ϑ

[Ω] [degC] [Ω] [degC]

3410 136 1320 13626

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 56

Vyacutepočet vychaacuteziacute ze vztahu pro zaacutevislost elektrickeacuteho odporu vodiče na teplotě

(651)

kde

(652)

Po uacutepravě pak

α - teplotniacute součinitel elektrickeacuteho odporu (K-1

) (α = 001162 K-1

)

R0 - odpor potenciometru v zaacutekladniacute poloze

R - odpor potenciometru při vybaveniacute ochrany

ϑg - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute odečtenaacute z grafu

ϑ - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute ndash vypočtenaacute

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

R [

Ω]

ϑ [degC]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 57

Vinutiacute motoru je izolovaacuteno izolaciacute třiacutedy F (155)

Třiacuteda izolace A E B F H

Okolniacute teplota [degC] 40 40 40 40 40

Povolenyacute naacuterůst teploty [degC] 60 75 80 105 125

Teplotniacute rezerva 5 5 10 10 15

Konečnaacute teplota 105 120 130 155 180

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru [12]

OCHRANA PŘED NESPRAacuteVNYacuteM SLEDEM FAacuteZIacute

Nedodrženiacutem sledu napaacutejeciacutech faacutezovyacutech vodičů (zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů svorek L2 a L3)

jak je nastaveno v UMC provaacutediacute napěťovyacute modul blokaci startu motoru V tomto přiacutepadě

vybavuje neprodleně ochrana sledu faacuteziacute ndashPhase sequence Funkci zaznamenejte do protokolu

OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII

Zvyšovaacuteniacutem odporu vyacutekonoveacuteho potenciometru zapojeneacuteho ve faacutezi L1 (viz scheacutema zapojeniacute

uacutelohy) dochaacuteziacute k simulaci faacutezoveacute nesymetrie siacutetě Motor je odpojen v okamžiku kdy poklesne

hodnota sdruženeacuteho napětiacute mezi faacutezemi L3 a L1 přibližně na hodnotu Us = 380V Velikost

odporu při vybaveniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii činiacute 101Ω Hodnotu nesymetrie zaznamenejte

do protokolu

OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE

Ztraacuteta faacuteze se realizuje pomociacute spiacutenače v pracovniacutem stole kdy odpojiacuteme napaacutejeciacute faacutezi Změřte

čas od odpojeniacute faacuteze L2 do vybaveniacute ochrany při ztraacutetě faacuteze a poznamenejte do protokolu

66 Demonstrace ochran při použitiacute dynamometru

OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU

K testu ochrany při zablokovaacuteniacute rotoru posloužiacute dynamometr jehož hřiacutedel je spojenaacute se hřiacutedeliacute

asynchronniacuteho motoru pomociacute spojky Hřiacutedel dynamometru je poteacute mechanicky zablokovaacutena

Stiskem přiacuteslušneacuteho tlačiacutetka je proveden start motoru a sledovaacuten proud při odpojeniacute motoru od

siacutetě a čas odpojeniacute Proud při vybaveniacute ochrany při mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru dosaacutehl

hodnoty 1978A což odpoviacutedaacute 582In

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute ndash (High current protection)

Pro simulaci proudoveacuteho přetiacuteženiacute maacuteme nastavenou hodnotu odebiacuteraneacuteho proudu na 130 pro

odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě Snižovaacuteniacutem jmenovityacutech otaacuteček motoru pomociacute dynamometru

(bržděniacutem tzn n rarr 0) dochaacuteziacute k naacuterůstu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu I Odpojeniacute nastalo při

odebiacuteraneacutem proudu 447A Nastaveneacute hodnotě (13In ) naacuteležiacute proud 442A Tiacutem lze konstatovat

že vyacutesledek měřeniacute je srovnatelnyacute s hodnotami uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute

Stav proudoveacuteho podtiacuteženiacute nedostatečneacuteho proudoveacuteho zatiacuteženiacute použiacutevanyacute zejmeacutena u čerpadel

je simulovaacuten pomociacute dynamometru kdy je nastavenaacute hodnota poklesu aktuaacutelniacuteho proudu na

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 58

085In a čas odpojeniacute od siacutetě na 10s Po roztočeniacute a zatiacuteženiacute motoru na hodnotu jmenoviteacuteho

proudu jsou pomociacute dynamometru zvyšovaacuteny otaacutečky motoru n Tento proces maacute za naacutesledek

snižovaacuteniacute aktuaacutelniacuteho proteacutekaneacuteho proudu I kdy motor ztraacuteciacute zatiacuteženiacute Nastaveneacute hodnotě

podtiacuteženiacute odpoviacutedaacute aktuaacutelniacute proud 289A Při dosaženiacute teacuteto uacuterovně je spuštěn odpočet a motor za

10s odpojen

67 Vyhodnoceniacute a zaacutevěr

Vyacutesledkem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute technologiiacute pro diagnostiku

veličin při chodu trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru Při demonstračniacute simulaci ochran byly

dosaženy naacutesledujiacuteciacute vyacutesledky PTC ochrana vybavuje při hodnotě odporu 341kΩ Tato hodnota

odpoviacutedaacute teplotě ϑg = 136degC odečteneacute z grafu Vypočtenaacute teplota ϑ = 13626degC Vyacuterobce uvaacutediacute

zapůsobeniacute ochrany při hodnotě odporu v rozsahu 34-38kΩ Zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů L2 a

L3 proběhla okamžitaacute blokace spuštěniacute motoru Faacutezovaacute nesymetrie vybavila při poklesu napětiacute o

5 Ztraacutetou napaacutejeciacute faacuteze proběhlo odpojeniacute motoru v čase t = 15s Čas odpojeniacute odpoviacutedaacute třiacutedě

přetiacuteženiacute 5E kteraacute je nastavena

Při testu za použitiacute dynamometru bylo zjištěno že při zablokovaneacutem rotoru motoru zapůsobil

kontroleacuter při nastaveneacutem přetiacuteženiacute 3In Teacuteto hodnotě naacuteležiacute proud 102A Jelikož je nastavena

třiacuteda přetiacuteženiacute 5E ktereacute naacuteležiacute interval 15s a poteacute odpojeniacute motoru tak během tohoto okamžiku

vzrostla hodnota proudu na 1978A což odpoviacutedaacute 582In Při proudoveacutem přetiacuteženiacute odpoviacutedaly

vyacutesledky měřeniacute nastaveneacute hodnotě přetiacuteženiacute 13In Ve stavu proudoveacuteho podtiacuteženiacute zapůsobila

ochrana spraacutevně dle nastaveneacuteho poklesu proudu na 085In

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 36: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 36

motoru snižuje zejmeacutena prostoje vyacuteroby Princip varovaacuteniacute a odpojeniacute je představen na

naacutesledujiacuteciacutem průběhu jak tomu bylo u ochrany při proudoveacutem přetiacuteženiacute

Princip ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute zobrazeneacuteho průběhu

Po poklesu aktuaacutelniacuteho proudu v okamžiku T1 motor normaacutelně běžiacute V časoveacutem uacuteseku T1 až

T2 dochaacuteziacute k poklesu proudu pod jmenovitou hodnotu In až na nastavenou hodnotu Ivar Při

dosaženiacute teacuteto hodnoty začne odpočet varovaacuteniacute proudoveacuteho podtiacuteženiacute Nepřesaacutehne-li proud za

dobu kratšiacute než tvar mez Ivar (tzn nevzroste-li se zpět k In) dojde ke spuštěniacute signalizace

proudoveacuteho podtiacuteženiacute Při pokračujiacuteciacutem poklesu proudu jak je patrneacute v časoveacutem intervalu T2-T3

až na mez Iodp dojde k čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute Při překročeniacute nastaveneacute doby todp a za

podmiacutenky že proud I le Iodp UMC100 motor odpojiacute od napaacutejeciacute siacutetě

Obr 34 Časovyacute průběh ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute[1]

In ndash jmenovitaacute (nominaacutelniacute) hodnota proudu motoru

Ix ndash ukončeniacute startu motoru

Ivar ndash niacutezkaacute proudovaacute uacuteroveň kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute varovaacuteniacute

Iodp ndash hodnota proudu kdy dochaacuteziacute k aktivaci čiacutetaacuteniacute zpožděniacute odpojeniacute

tvar ndash zpožděniacute varovaacuteniacute

todp ndash zpožděniacute odpojeniacute

Popis funkce ochrany při proudoveacutemu podtiacuteženiacute pomociacute blokoveacuteho scheacutematu

Signaacutel Istart představuje hodnotu proudu po startu motoru- log 1(tzn Signalizace motoru v

chodu) Tento signaacutel tvořiacute vstup logickeacuteho hradla AND (1) Funkci tohoto hradla znaacutezorňuje

přiloženaacute tabulka Tab 33 Druhyacute vstup signalizuje aktuaacutelniacute hodnotu proudu kteraacute motorem

proteacutekaacute Je-li proud IltIvar detekuje hradlo AND druhou logickou jedničku a hradlo vybaviacute podle

přiloženeacute tabulky Tento signaacutel z hradla aktivuje časovač zpožděniacute varovaacuteniacute Po uplynutiacute

nastaveneacuteho časoveacuteho uacuteseku signalizuje podtiacuteženiacute Dochaacuteziacute-li staacutele k poklesu proudu až do

uacuterovně kdy IltIodp pak na druheacutem logickeacutem hradle AND (2) budou na vstupu log 1 Sepne

čiacutetaacuteniacute zpožděniacute vypnutiacute a po uplynutiacute doby UMC motor vypne

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 37

Obr 35 Blokoveacute scheacutema ochrany proti proudoveacutemu podtiacuteženiacute [1]

Vstup Vyacutestup

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

Tab 33 Princip funkce logickeacuteho hradla AND

341 Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek

Při chodu asynchronniacuteho motoru odebiacuteraacute stroj ze siacutetě jalovyacute proud kteryacute je potřebnyacute pro

vytvořeniacute magnetizace hlavniacuteho magnetickeacuteho obvodu Tento tzv magnetizačniacute proud je

nezaacutevislyacute na zatiacuteženiacute stroje Uplatněniacute nalezne zejmeacutena při chodu napraacutezdno a maleacutem zatiacuteženiacute

kdy je uacutečiniacutek motoru niacutezkyacute Motor maacute tedy nejleacutepe pracovat při plneacutem zatiacuteženiacute[11]

Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek jsou důležiteacute parametry pro detekovaacuteniacute niacutezkeacute zaacutetěže nebo situace bez

zaacutetěže např uzavřenyacute ventil Pomociacute napěťoveacuteho modulu VI15x a UMC je měřeno sdruženeacute

(faacutezoveacute) napětiacute faacutezovyacute proud čili i faacutezovyacute posuv mezi proudem a napětiacutem - cos φ Pomociacute těchto

parametrů je UMC schopneacute analogicky spočiacutetat hodnotu činneacuteho přiacutekonu

radic

Poklesne-li poteacute činnyacute přiacutekon pod nastavenou procentuaacutelniacute hodnotu P (př 85 Pn) motor vypne

tj bude-li PPn le 085

Experimentaacutelniacutem měřeniacutem v raacutemci laboratorniacute uacutelohy byla pomociacute přiacutestroje Yokogawa WT1800

změřena zaacutevislost uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute motoru Z vyacutesledneacuteho grafu (Obr 37) je

patrneacute že se snižovaacuteniacutem zatiacuteženiacute rotoru klesaacute velikost uacutečiniacuteku Naměřeneacute hodnoty pro konstrukci

grafu jsou uvedeny v přiacuteloze

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 38

Obr 36 Charakteristiky asynchronniacuteho motoru při zatiacuteženiacute [11]

Obr 37 Graf zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti P2

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

01

02

03

04

05

06

07

08

09

0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000

P1 [

W]

cos

ϕ [

-]

P2 [W]

P2 P1 Q1

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 39

35 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

Princip ochrany

Je-li poměr nejnižšiacuteho proudu (Imin) a nejvyššiacuteho proudu (Imax) ve faacuteziacutech nad nastavenou

uacuterovniacute pro varovaacuteniacute sepne signalizace ztraacutety faacuteze Jakmile ovšem tento poměr překročiacute

nastavenou hodnotu pro odpojeniacute motoru sepne zpožděniacute vypnutiacute a podle nastaveneacute třiacutedy

přetiacuteženiacute motor po uplynutiacute časoveacuteho intervalu odpojiacute

Funkce faacutezoveacute nesymetrie je aktivniacute pouze tehdy je-li proud ve všech třech faacuteziacutech gt 25 In

(jmenoviteacuteho proudu) [1]

Naacutesledujiacuteciacute rovnice představuje vyacutepočet procentuaacutelniacuteho poměru proudu pro vypnutiacute motoru při

uacuteplneacute ztraacutetě faacuteze

(

)

36 Ochrana sledu faacuteziacute

Ochrana sledu faacuteziacute hliacutedaacute zejmeacutena spraacutevnyacute směr otaacutečeniacute motoru Důležiteacute pro použitiacute teacuteto

ochrany je miacutesto zapojeniacute napěťoveacuteho modulu VI15x Pokud by byl modul zapojen za stykači

nastala by chyba při reverzniacutem zapojeniacute Na stykačiacutech dochaacuteziacute zapojeniacutem k zaacuteměně dvou

faacutezovyacutech vodičů a tiacutem i změně směru otaacutečeniacute motoru UMC s pomociacute VI150 vyhodnotiacute situaci

jako chybovou a vypne motor Napěťovyacute modul se tedy zpravidla umiacutesťuje hned za hlavniacute jistiacuteciacute

prvek viz Obr 44

37 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Jedno z největšiacutech nebezpečiacute pro motor představuje ztraacuteta jedneacute napaacutejeciacute faacuteze Chod na 2

napaacutejeciacute faacuteze zatěžuje motor na tepelneacute uacutečinky proudu vlivem zvyacutešeniacute proudu ve zbylyacutech 2

faacuteziacutech UMC100 v tomto přiacutepadě vypiacutenaacute motor podle předem stanovenyacutech časovyacutech intervalů

Intervaly vypnutiacute jsou stejneacute jako pro ochranu proti proudoveacutemu přetiacuteženiacute (Tab 32) a

odpoviacutedajiacute nastaveneacute třiacutedě přetiacuteženiacute Tuto ochranu dřiacuteve zajišťovalo tepelneacute releacute ktereacute v tomto

přiacutepadě nemusiacute byacutet použito

38 PTC ochrana

381 Termistor

Termistor je polovodičovyacute nelineaacuterniacute dvojpoacutel jehož odpor se měniacute v zaacutevislosti na teplotě

prostřediacute ve ktereacutem pracuje Jeho vyacutehodou je že velmi rychle a citlivě reaguje na změnu teploty

Rozlišujeme zpravidla 2 druhy termistorů

1 NTC (Negative Temperature Coefficient) - termistor se zaacutepornyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou klesaacute jeho odpor (roste elektrickaacute vodivost a proud)

2 PTC (Positive Temperature Coefficient) ndash termistor s kladnyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou jeho odpor roste

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 40

Obr 38 Zaacutevislost odporu termistoru na teplotě

Použitiacute termistorů

NTC termistory se použiacutevajiacute zpravidla k měřeniacute teploty PTC se nejčastěji využiacutevaacute

v kuchyňskyacutech spotřebičiacutech kde je požadovaacutena konstantniacute teplota v termostatech a pro hliacutedaacuteniacute

teploty vinutiacute motorů

382 Princip PTC ochrany v UMC

Ochrana obecně spadaacute do skupiny proudově nezaacutevislyacutech ochran Pro připojeniacute PTC

termistoru sloužiacute na UMC100 svorky s označeniacutem T1 a T2 PTC zvyšuje svůj odpor s rostouciacute

teplotou proto je možneacute ho použiacutet pro hliacutedaacuteniacute teploty např vinutiacute statoru UMC je schopneacute

vyhodnotit tuto změnu odporu a vydaacute signaacutel k odpojeniacute motoru od siacutetě [7]

39 Ochrana při zemniacutem spojeniacute

Ochrana při zemniacutem spojeniacute spočiacutevaacute v ochraně motoru siacutetě a technologie při nežaacutedouciacutech

vlivech způsobenyacutech zejmeacutena staacuternutiacutem izolace a jejiacutem zhoršenyacutem izolačniacutem uacutečinkem

Naacutesledkem přetěžovaacuteniacute vedeniacute vlhkostiacute kondenzaciacute vody v elektrickeacutem zařiacutezeniacute nebo vrstvou

vodiveacuteho prachu jsou praacutevě zhoršeneacute vlastnosti izolačniacuteho materiaacutelu To vede k nechtěneacutemu

zemniacutemu spojeniacute Zemniacute spojeniacute je monitorovaacuteno pomociacute UMC spolu se zařiacutezeniacutem CEM11 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 41

DEMONSTRAČNIacute PŘIacutePRAVEK 4

41 Naacutevrh přiacutepravku

Pro demonstraci UMC100 a dalšiacutech prvků řady produktů od společnosti ABB sro byl

navržen přiacutepravek pomociacute software AutoCAD a Inventor Professional kteryacute byl poteacute zrealizovaacuten

a oživen Nosnaacute konstrukce (Obr 41) je vyrobena z jӓckelu o rozměru 25x25mm

Obr 41 Nosnaacute konstrukce

Čelniacute panel tvořiacute plech s rozměry 500x400mm a tloušťky 2mm Plech je osazen

rozvaděčovyacutemi kanaacutely 25x60mm a všemi potřebnyacutemi komponentami pro realizaci zapojeniacute

Vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho panelu s otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky a ovlaacutedaciacute tlačiacutetka motoru je na

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

Seznam použityacutech komponent Vyacuterobce

3-poacutelovyacute jistič C16 OEZ

Pojistkoveacute pouzdro RSP 4 Elektro Bečov

Komunikačniacute modul MTQ22-FBP ABB

Motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP ABB

Napěťovyacute modul VI150-FBP ABB

Rozšiřovaciacute modul DX122-FBP ABB

Ministykač LC1K09(LC1K12) Schneider Electric

Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A ABB

Rozvaděčovyacute kanaacutel 25x60mm KOPOS

Přiacutestrojoveacute zdiacuteřky 4mm do panelu AMASS

Tlačiacutetka do panelu 250V1A JIETONG

Tab 41 Seznam použityacutech komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 42

Pro konstrukci je důležiteacute aby navrženyacute panel rozměrově odpoviacutedal všem potřebnyacutem přiacutestrojům

a modulům Pro tuto přiacuteležitost je pomociacute software AutoCAD vytvořen vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho

panelu Obr 43 kteryacute je konstruovaacuten

Navrženyacute nosnyacute plech tloušťky 2mm na ktereacutem jsou umiacutestěny veškereacute komponenty Obr 42

Ve vrchniacute polovině plechu jsou vyvrtaacuteny otvory o průměru 4mm sloužiacuteciacute pro uchyceniacute

rozvaděčoveacuteho kanaacutelu a DIN lišty Ve středniacute čaacutesti plechu jsou 4 průvlečneacute otvory určeneacute k

průchodu vodičů ze zadniacute čaacutesti plechu (od napaacutejeciacutech svorek) do rozvaděčoveacuteho kanaacutelu na straně

předniacute Pro tuto potřebu jsou stejneacute otvory vyvrtaacuteny takeacute do dna kanaacutelu Ve spodniacute čaacutesti jsou

otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky pomociacute kteryacutech je zajištěno napaacutejeniacute panelu a poteacute napaacutejeniacute motoru

a 3 otvory na ovlaacutedaciacute tlačiacutetka k zajištěniacute ovlaacutedaacuteniacute motoru Uchyceniacute plechu k nosneacute konstrukci

je provedeno samořeznyacutemi šroubky M5 v roziacutech plechu

Obr 42 Naacutevrh plechu panelu

Vyacutekres plechu s udaacuteniacutem koacutet je obsažen v přiacuteloze praacutece viz Obr 01

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 43

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 44

42 Scheacutema zapojeniacute přiacutepravku

Demonstračniacute panel je uzpůsoben pro reverzniacute chod trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 44 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho přiacutepravku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 45

43 Vyacuteslednyacute přiacutepravek

Vyacuteslednyacute osazenyacute a zapojenyacute přiacutepravek určenyacute pro laboratorniacute uacutelohu doplněnyacute vhodnyacutemi

štiacutetky pro ovlaacutedaacuteniacute a zapojeniacute napaacutejeciacute siacutetě (VSTUP) a motoru (VYacuteSTUP)

Obr 45 Demonstračniacute přiacutepravek

Zadniacute čaacutest panelu s izolovaacuteniacutem konektorů FASTON pomociacute teplem smrštitelneacute bužiacuterky před

nebezpečnyacutem dotykem živeacute čaacutesti

Obr 46 Zadniacute pohled

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 46

44 Demonstračniacute kufr pro ABB

Pro společnost ABB sro byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 prezentujiacuteciacute

jeho možnosti Zaacutekladniacutem požadavkem naacutevrhu bylo řešeniacute pomociacute jednofaacutezoveacuteho napaacutejeniacute

Jelikož UMC100 je uzpůsobeno pro chod trojfaacutezovyacutech motorů je použit frekvenčniacute měnič

ACS50 kteryacute nabiacuteziacute při napaacutejeniacute pomociacute jednofaacutezoveacute siacutetě na sveacutem vyacutestupu napětiacute 3x230V50Hz

Pro digitaacutelniacute vstupy UMC100 a rozšiřovaciacuteho modulu DX111 je navrženo použitiacute dvoupoacutelovyacutech

paacutečkovyacutech přepiacutenačů s funkciacute (ON)-OFF-ON s napětiacutem 24V DC K signalizaci aktivniacutech vstupů

a vyacutestupů je navrženo použitiacute zelenyacutech signaacutelek Ovlaacutedaciacute panel kufru obsahuje spiacutenače pro

simulaci ztraacutety napaacutejeciacute faacuteze motoru potenciometr k simulaci faacutezoveacute nesymetrie daacutele červenou

signaacutelku pro signalizaci poruchovyacutech stavů a žlutou pro chod motoru Všechny přepiacutenače a

signaacutelky jsou přiacutestupneacute uživateli prostřednictviacutem navrženeacuteho ovlaacutedaciacuteho panelu kteryacute současně

posloužiacute jako kryt kufru (Obr 02) Jelikož pro přenosnyacute kufr neniacute nejvhodnějšiacute použitiacute

asynchronniacuteho motoru je proto použit 6-poacutelovyacute synchronniacute motor s přiacutekonem 23VA

vyacutestupniacutem vyacutekonem 105W a jmenovityacutem proudem 100mA

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 47

Obr 47 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho kufru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 48

SIMULACE OCHRAN 5Kapitola obsahuje soupis simulaciacute ochran ktereacute jsou demonstrovaacuteny v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jež se zabyacutevaacute problematikou UMC100 Z širokeacute škaacutely ochran jsou vybraacuteny 4 situace ktereacute

se v průmyslu často vyskytujiacute

51 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

K nasimulovaacuteniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii je použit posuvnyacute potenciometr kteryacute je

připojen na svorky (12) Pomociacute potenciometru bude snižovaacutena velikost napětiacute na přiacutevodniacute faacutezi

do motoru (L1) Pro demonstraci ochrany je použit napěťovyacute modul VI150 spolu s UMC100 Na

svorky modulu označeneacute (L1L2 a L3) jsou přivedeny faacuteze v uvedeneacutem sledu Při zvyšovaacuteniacute

odporu rezistoru ve faacutezi dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute napětiacute na přiacutevodniacute svorce (L1) vlivem rostouciacuteho

uacutebytku napětiacute na daneacutem rezistoru Je-li napěťovyacute modul propojen vodičem s UMC a je-li spraacutevně

nastaven UMC vyhodnotiacute po určiteacutem poklesu napětiacute a naacuterůstu proudu ve zbylyacutech dvou faacuteziacutech

(L2 a L3) jako chybovou a vybaviacute Nejprve bude vybaveno varovaacuteniacute a poteacute dojde k odpojeniacute

motoru

52 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze je motor vystaven vysokeacutemu riziku což většinou vede k jeho

zničeniacute Demonstrace ochrany proběhne uacuteplnyacutem odpojeniacutem napaacutejeciacute faacuteze L2 Pro vybaveniacute

ochrany neniacute zapotřebiacute aby byl motor v chodu neboť použitiacute napěťoveacuteho modulu VI150

detekuje nepřiacutetomnost napětiacute faacuteze a vybaviacute Při chodu motoru ochrana vybaviacute od 15s pro třiacutedu

5E a do 12s pro 40E podle nastaveneacute třiacutedy přetiacuteženiacute viz Tab 32 Princip funkce při chodu

motoru spočiacutevaacute v porovnaacuteniacute nejvyššiacute a nejnižšiacute naměřeneacute hodnoty faacutezoveacuteho proudu s

nastavenyacutemi uacuterovněmi Vyacutehodou je že signalizuje varovaacuteniacute ještě před samotnyacutem spuštěniacutem

motoru kdy může nastat stav že je přepaacutelena pojistka a obsluha toto nezaznamenala Mimo

přepaacuteleneacute pojistky se může takeacute jednat o uvolněnyacute nebo opotřebenyacute kontakt

53 Ochrana sledu faacuteziacute

Pro spraacutevnyacute chod motoru a diagnostiku pomociacute kontroleacuteru s použitiacutem napěťoveacuteho modulu je

zapotřebiacute dodržet sled faacuteziacute tzn Faacutezovyacute vodič L1rarrsvorka L1 L2 rarrsvorka L3 a L3rarrsvorka L3

Při zaacuteměně některyacutech faacutezovyacutech vodičů neprodleně vybaviacute ochrana sledu faacuteziacute a neniacute dovoleno

spuštěniacute motoru do okamžiku dokud neniacute obsluhou tento probleacutem vyřešen

54 PTC ochrana

Pro vyhodnocovaacuteniacute teploty vinutiacute statoru motoru sloužiacute termistor PTC Při zvyacutešeniacute teploty

nastaacutevaacute zvyacutešeniacute odporu termistoru (viz Obr 38) a motor odpojiacute Udaacutevanaacute odezva UMC na

změnu odporu je v rozmeziacute R = 34-38kΩ

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 49

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany

Z důvodu ochrany motoru neniacute vhodneacute vystavovat motor zvyacutešeneacute teplotě pro nastiacuteněniacute funkce

PTC ochrany Pro tento uacutečel posloužiacute zhotovenyacute box osazenyacute lineaacuterniacutem potenciometrem

s hodnotou odporu 25kΩ jemuž jsou předřazeny odpory 1kΩ a 330Ω

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 50

LABORATORNIacute UacuteLOHA 6

61 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100

Uacutekolem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute řiacutediacuteciacute a kontrolniacute jednotkou pro

provoz trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru UMC100

Motorovyacute kontroleacuter nabiacuteziacute 3 releacuteoveacute vyacutestupy Tyto vyacutestupy jsou připojitelneacute na napětiacute 230V AC s

maximaacutelniacutem proudem 1A Releacuteoveacute vyacutestupy sloužiacute zejmeacutena pro připojeniacute budiacuteciacutech ciacutevek stykačů

Hlavniacute vstupy jsou tvořeny seacuteriiacute svorek jež je umiacutestěnaacute ve spodniacute čaacutesti kontroleacuteru Svorky nesou

označeniacute (DI0 DI1 hellip DI5) Tyto digitaacutelniacute vstupy pracujiacute s napětiacutem 24V DC a sloužiacute pro

připojeniacute ovlaacutedaciacutech tlačiacutetek jako start motoru stop motoru reverzaci rozběh hvězda-trojuacutehelniacutek

nebo např použitiacute vstupu pro koncovyacute spiacutenač pro připojeniacute pomocnyacutech kontaktů stykačů či

funkci aktuaacutetor kdy je ovlaacutedaacuten pohon ventilu Vše podle nastaveniacute uživatele a pracovniacuteho

procesu Vedle hlavniacutech vstupniacutech kontaktů se nachaacuteziacute takeacute jeden vyacutestupniacute s označeniacutem (DO3)

Tento digitaacutelniacute vyacutestup lze využiacutet k připojeniacute 24V DC signalizačniacute kontrolky pro chybovaacute hlaacutešeniacute

modulu UMC100 nabiacuteziacute integrovanyacute vstup pro připojeniacute PTC termistoru Diacuteky PTC jsme

schopni hliacutedat teplotu statoroveacuteho vinutiacute a předejiacutet tiacutem zaacutevažneacutemu poškozeniacute motoru

Hlavniacute obvod

Měřeniacute proudu faacutezovyacutemi vodiči je řešeno pomociacute 3 průvlečnyacutech ok integrovanyacutech v modulu

Tato průvlečnaacute oka jsou měřiacuteciacutemi transformaacutetory proudu navinutyacutemi na toroidniacutem jaacutedře Diacuteky

těmto transformaacutetorům je kontroleacuter schopnyacute měřit proud v rozsahu 024 až 63A Pro vyššiacute

hodnoty proudů až 850A se použiacutevaacute externiacute proudovyacute transformaacutetor

Možnost rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru

UMC se v průmyslovyacutech aplikaciacutech nejčastěji použiacutevaacute s využitiacutem napěťoveacuteho a rozšiřovaciacuteho

(vstupně-vyacutestupniacuteho) modulu Pro laboratorniacute uacutelohu je použit napěťovyacute modul VI150 a

rozšiřovaciacute modul DX122 jenž jsou připojeny k UMC pomociacute UMCIO-CAB přes svorky

s označeniacutem Ca a Cb

Napěťovyacute modul VI150

K demonstraci kontroleacuteru je použit modul s označeniacutem VI150 Zařiacutezeniacute disponuje konektory pro

připojeniacute faacutezovyacutech vodičů (L1 L2 a L3) a je schopneacute měřit hodnotu sdruženeacuteho napětiacute siacutetě

S naměřenyacutemi hodnotami faacutezoveacuteho proudu pomociacute UMC dostaacutevaacuteme takeacute hodnotu faacutezoveacuteho

posuvu mezi napětiacutem a proudem tedy uacutečiniacuteku cos φ Z těchto naměřenyacutech parametrů vypočiacutetaacute

řiacutediacuteciacute jednotka kontroleacuteru činnyacute přiacutekon Ovšem pro spraacutevnou detekci napětiacute je nutneacute dodržet

zapojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 51

Vstupně-vyacutestupniacute modul DX122

Modul umožňuje rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru o dalšiacutech 8 digitaacutelniacutech vstupů na napětiacute 110-230V AC 4

releacuteoveacute vyacutestupy a 1 analogovyacute vyacutestup Pomociacute programu ABB Asset Vision Basic je možneacute

přiacutemeacute přiřazeniacute parametrů a programovaacuteniacute UMC100 a takeacute všech zařiacutezeniacute kteraacute jsou vybavena

DTM (Device Type Manager)- naacutestroj pro konfiguraci a spraacutevu zařiacutezeniacute

Komunikačniacute modul MTQ22

O komunikaci mezi UMC a PC se staraacute modul MTQ22 V software vytvořeneacutem pomociacute

vyacutevojoveacuteho prostřediacute LabVIEW lze sledovat aktuaacutelniacute měřeneacute veličiny zobrazenaacute varovaacuteniacute

poruchovyacutech stavů informace o stavu vstupů a vyacutestupů apod

Napaacutejeciacute zdroj

Napaacutejeniacute modulů zajišťuje zdroj CP-D 2413A s regulaciacute vyacutestupniacuteho napětiacute Regulace je možnaacute

v rozpětiacute 24-28V DC Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute zdroje je umožněna z důvodu požadavku

přesneacuteho napětiacute 24V DC Vlivem zatiacuteženiacute (napaacutejeniacute UMC VI a DX) vyacutestupniacute napětiacute zdroje klesaacute

podle zatěžovaciacute charakteristiky přiacuteslušneacuteho zdroje CP-D sloužiacute takeacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacutech

vstupů UMC

Ochranneacute funkce

UMC nenabiacuteziacute pouze možnost měřeniacute faacutezoveacuteho proudu ale takeacute řadu ochran při poruchovyacutech

stavech provozu Nejčastěji v praxi využiacutevanaacute ochrana je ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute kteraacute

je doprovaacutezena varovnou signalizaciacute nastaacutevajiacuteciacute poruchy

Ochrana motoru při proudoveacutem podtiacuteženiacute pracuje na obdobneacutem principu jako předchoziacute ochrana

Kontroleacuter monitoruje hladinu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu Při jeho poklesu pod nastavenou

uacuteroveň maximaacutelniacuteho dovoleneacuteho poklesu (udaacutevaneacute relativně v k jmenoviteacutemu In) dochaacuteziacute k

signalizaci chyby a odpojeniacute motoru od siacutetě

PTC ochrana spočiacutevaacute v hliacutedaacuteniacute teploty statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru pomociacute PTC

termistoru V našem přiacutepadě je použito lineaacuterniacuteho potenciometru kdy se zvyšujiacuteciacutem se odporem

potenciometru simulujeme zvyšujiacuteciacute se teplotu statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru

Při ztraacutetě některeacute napaacutejeciacute faacuteze motoru dochaacuteziacute k okamžiteacutemu blokovaacuteniacute startu motoru

Ochrana sledu faacuteziacute zajistiacute spraacutevneacute zapojeniacute vodičů L1 L2 a L3 ktereacute je slučitelneacute s nastaveniacutem v

UMC

Vlivem přerušovaneacuteho provozu např S3 kdy nedochaacuteziacute v době klidu a odpojeniacute motoru k

poklesu teploty na teplotu okoliacute může vybavit Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute - Thermal

Overload Protection (TOL)

Zablokovaniacute rotoru byacutevaacute způsobeno přiacuteliš vysokyacutem zaacutetěžnyacutem momentem Mz na hřiacutedeli motoru

nebo mechanickou poruchou Kontroleacuter je při startu schopen detekovat tento stav

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 52

62 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute uacutelohy a scheacutema zapojeniacute panelu

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 53

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 54

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha

Štiacutetek použiteacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 64 Štiacutetek motoru

63 Popis scheacutematu zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

Na vstupniacute svorky s označeniacutem VSTUP (L1 L2 L3 N PE) jsou přivedeny přiacuteslušneacute vodiče

z pracovniacuteho stolu Hlavniacute 16A jistič s vypiacutenaciacute charakteristikou typu C sloužiacute pro jištěniacute siloveacute

čaacutesti obvodu Pro jištěniacute napaacutejeciacuteho zdroje CP-D sloužiacute tavnaacute pojistka 2T250V Napěťoveacute

vstupy na modul VI150 jsou jištěny tavnou pojistkou F125250V Posuvnyacute potenciometr

umiacutestěnyacute na faacutezoveacutem vodiči L1 sloužiacute k demonstraci ochrany při faacutezoveacute nesymetrii

Komunikačniacute modul MTQ22 zajišťuje komunikaci mezi UMC a PC kdy prostřednictviacutem

Ethernetoveacute siacutetě jsme schopni čiacutest měřeneacute veličiny

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 55

64 Pracovniacute postup

1 Seznamte se s kontroleacuterem UMC100 a ostatniacutemi komponenty použityacutemi pro laboratorniacute

uacutelohu a se scheacutematem zapojeniacute uacutelohy

2 Připojte elektromotor a vstupniacute svorky na přiacuteslušneacute zdiacuteřky Před připojeniacutem vyacutekonoveacuteho

potenciometru ověřte měřeniacutem jeho minimaacutelniacute a maximaacutelniacute hodnotu odporu a

poznamenejte si je

3 Připojte potenciometr na určeneacute zdiacuteřky označeneacute čiacutesly 1 a 2 a nastavte hodnotu odporu

4 Po kontrole zapojeniacute vyučujiacuteciacutem zapněte pracoviště a nastavte autotransformaacutetor na 100

vyacutestupniacuteho napětiacute Zapněte hlavniacute jistič Kontrola a nastaveniacute komunikace mezi UMC

DX a VI

Nastaveniacute Komunikace se provede přes LCD displej naacutesledujiacuteciacutem způsobem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on

5 Stiskem tlačiacutetka VPŘED nebo VZAD na panelu uvedeme motor do chodu Pro přechod

z jednoho směru do druheacuteho je nutneacute nejprve zastavit motor tlačiacutetkem STOP Při

zastaveniacute je kontroleacuterem motor blokovaacuten po dobu 3s před dalšiacutem spuštěniacutem z důvodu

doběhu motoru Pohybem tlačiacutetek nahoru dolů pomociacute LCD v hlavniacute nabiacutedce - UMC -

můžeme sledovat aktuaacutelniacute proud motoru sdruženeacute napětiacute odebiacuteranyacute přiacutekon ze siacutetě

uacutečiniacutekhellip

6 Při provaacuteděniacute uacutelohy na brzdě (dynamometru) ověřte funkci ochrany při zablokovaacuteniacute

rotoru funkci ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a proudoveacutem přetiacuteženiacute

7 Při vybaveniacute každeacute z ochran zaznamenejte hodnotu kdy vypnula Před novyacutem startem je

důležiteacute přečiacutest zaacuteznam důvodu poruchy a proveacutest reset na panelu UMC100-PAN jinak je

START blokovaacuten

65 Měřeniacute

OCHRANA PŘED PŘEHŘAacuteTIacuteM MOTORU

Potenciometrem označenyacutem PTC je zvyšovaacutena hodnotu odporu do okamžiku kdy dojde

k odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě zapůsobeniacutem PTC ochrany Hodnota odporu potenciometru

při vybaveniacute ochrany je určena měřeniacutem na 341kΩ Odpoviacutedajiacuteciacute hodnotu teploty motoru

odečteme z grafu a hodnoty odporu potenciometru při vypnutiacute

Do tabulky zapište změřenou hodnotu odporu potenciometru při vypnutiacute Při teacuteto hodnotě odporu

odečtěte teplotu motoru z grafu Ziacuteskanou teplotu porovnejte s vypočtenou teplotou motoru

Tabulka naměřenyacutech a vypočtenyacutech hodnot

R ϑg R0 ϑ

[Ω] [degC] [Ω] [degC]

3410 136 1320 13626

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 56

Vyacutepočet vychaacuteziacute ze vztahu pro zaacutevislost elektrickeacuteho odporu vodiče na teplotě

(651)

kde

(652)

Po uacutepravě pak

α - teplotniacute součinitel elektrickeacuteho odporu (K-1

) (α = 001162 K-1

)

R0 - odpor potenciometru v zaacutekladniacute poloze

R - odpor potenciometru při vybaveniacute ochrany

ϑg - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute odečtenaacute z grafu

ϑ - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute ndash vypočtenaacute

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

R [

Ω]

ϑ [degC]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 57

Vinutiacute motoru je izolovaacuteno izolaciacute třiacutedy F (155)

Třiacuteda izolace A E B F H

Okolniacute teplota [degC] 40 40 40 40 40

Povolenyacute naacuterůst teploty [degC] 60 75 80 105 125

Teplotniacute rezerva 5 5 10 10 15

Konečnaacute teplota 105 120 130 155 180

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru [12]

OCHRANA PŘED NESPRAacuteVNYacuteM SLEDEM FAacuteZIacute

Nedodrženiacutem sledu napaacutejeciacutech faacutezovyacutech vodičů (zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů svorek L2 a L3)

jak je nastaveno v UMC provaacutediacute napěťovyacute modul blokaci startu motoru V tomto přiacutepadě

vybavuje neprodleně ochrana sledu faacuteziacute ndashPhase sequence Funkci zaznamenejte do protokolu

OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII

Zvyšovaacuteniacutem odporu vyacutekonoveacuteho potenciometru zapojeneacuteho ve faacutezi L1 (viz scheacutema zapojeniacute

uacutelohy) dochaacuteziacute k simulaci faacutezoveacute nesymetrie siacutetě Motor je odpojen v okamžiku kdy poklesne

hodnota sdruženeacuteho napětiacute mezi faacutezemi L3 a L1 přibližně na hodnotu Us = 380V Velikost

odporu při vybaveniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii činiacute 101Ω Hodnotu nesymetrie zaznamenejte

do protokolu

OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE

Ztraacuteta faacuteze se realizuje pomociacute spiacutenače v pracovniacutem stole kdy odpojiacuteme napaacutejeciacute faacutezi Změřte

čas od odpojeniacute faacuteze L2 do vybaveniacute ochrany při ztraacutetě faacuteze a poznamenejte do protokolu

66 Demonstrace ochran při použitiacute dynamometru

OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU

K testu ochrany při zablokovaacuteniacute rotoru posloužiacute dynamometr jehož hřiacutedel je spojenaacute se hřiacutedeliacute

asynchronniacuteho motoru pomociacute spojky Hřiacutedel dynamometru je poteacute mechanicky zablokovaacutena

Stiskem přiacuteslušneacuteho tlačiacutetka je proveden start motoru a sledovaacuten proud při odpojeniacute motoru od

siacutetě a čas odpojeniacute Proud při vybaveniacute ochrany při mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru dosaacutehl

hodnoty 1978A což odpoviacutedaacute 582In

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute ndash (High current protection)

Pro simulaci proudoveacuteho přetiacuteženiacute maacuteme nastavenou hodnotu odebiacuteraneacuteho proudu na 130 pro

odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě Snižovaacuteniacutem jmenovityacutech otaacuteček motoru pomociacute dynamometru

(bržděniacutem tzn n rarr 0) dochaacuteziacute k naacuterůstu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu I Odpojeniacute nastalo při

odebiacuteraneacutem proudu 447A Nastaveneacute hodnotě (13In ) naacuteležiacute proud 442A Tiacutem lze konstatovat

že vyacutesledek měřeniacute je srovnatelnyacute s hodnotami uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute

Stav proudoveacuteho podtiacuteženiacute nedostatečneacuteho proudoveacuteho zatiacuteženiacute použiacutevanyacute zejmeacutena u čerpadel

je simulovaacuten pomociacute dynamometru kdy je nastavenaacute hodnota poklesu aktuaacutelniacuteho proudu na

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 58

085In a čas odpojeniacute od siacutetě na 10s Po roztočeniacute a zatiacuteženiacute motoru na hodnotu jmenoviteacuteho

proudu jsou pomociacute dynamometru zvyšovaacuteny otaacutečky motoru n Tento proces maacute za naacutesledek

snižovaacuteniacute aktuaacutelniacuteho proteacutekaneacuteho proudu I kdy motor ztraacuteciacute zatiacuteženiacute Nastaveneacute hodnotě

podtiacuteženiacute odpoviacutedaacute aktuaacutelniacute proud 289A Při dosaženiacute teacuteto uacuterovně je spuštěn odpočet a motor za

10s odpojen

67 Vyhodnoceniacute a zaacutevěr

Vyacutesledkem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute technologiiacute pro diagnostiku

veličin při chodu trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru Při demonstračniacute simulaci ochran byly

dosaženy naacutesledujiacuteciacute vyacutesledky PTC ochrana vybavuje při hodnotě odporu 341kΩ Tato hodnota

odpoviacutedaacute teplotě ϑg = 136degC odečteneacute z grafu Vypočtenaacute teplota ϑ = 13626degC Vyacuterobce uvaacutediacute

zapůsobeniacute ochrany při hodnotě odporu v rozsahu 34-38kΩ Zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů L2 a

L3 proběhla okamžitaacute blokace spuštěniacute motoru Faacutezovaacute nesymetrie vybavila při poklesu napětiacute o

5 Ztraacutetou napaacutejeciacute faacuteze proběhlo odpojeniacute motoru v čase t = 15s Čas odpojeniacute odpoviacutedaacute třiacutedě

přetiacuteženiacute 5E kteraacute je nastavena

Při testu za použitiacute dynamometru bylo zjištěno že při zablokovaneacutem rotoru motoru zapůsobil

kontroleacuter při nastaveneacutem přetiacuteženiacute 3In Teacuteto hodnotě naacuteležiacute proud 102A Jelikož je nastavena

třiacuteda přetiacuteženiacute 5E ktereacute naacuteležiacute interval 15s a poteacute odpojeniacute motoru tak během tohoto okamžiku

vzrostla hodnota proudu na 1978A což odpoviacutedaacute 582In Při proudoveacutem přetiacuteženiacute odpoviacutedaly

vyacutesledky měřeniacute nastaveneacute hodnotě přetiacuteženiacute 13In Ve stavu proudoveacuteho podtiacuteženiacute zapůsobila

ochrana spraacutevně dle nastaveneacuteho poklesu proudu na 085In

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 37: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 37

Obr 35 Blokoveacute scheacutema ochrany proti proudoveacutemu podtiacuteženiacute [1]

Vstup Vyacutestup

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

Tab 33 Princip funkce logickeacuteho hradla AND

341 Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek

Při chodu asynchronniacuteho motoru odebiacuteraacute stroj ze siacutetě jalovyacute proud kteryacute je potřebnyacute pro

vytvořeniacute magnetizace hlavniacuteho magnetickeacuteho obvodu Tento tzv magnetizačniacute proud je

nezaacutevislyacute na zatiacuteženiacute stroje Uplatněniacute nalezne zejmeacutena při chodu napraacutezdno a maleacutem zatiacuteženiacute

kdy je uacutečiniacutek motoru niacutezkyacute Motor maacute tedy nejleacutepe pracovat při plneacutem zatiacuteženiacute[11]

Činnyacute přiacutekon a uacutečiniacutek jsou důležiteacute parametry pro detekovaacuteniacute niacutezkeacute zaacutetěže nebo situace bez

zaacutetěže např uzavřenyacute ventil Pomociacute napěťoveacuteho modulu VI15x a UMC je měřeno sdruženeacute

(faacutezoveacute) napětiacute faacutezovyacute proud čili i faacutezovyacute posuv mezi proudem a napětiacutem - cos φ Pomociacute těchto

parametrů je UMC schopneacute analogicky spočiacutetat hodnotu činneacuteho přiacutekonu

radic

Poklesne-li poteacute činnyacute přiacutekon pod nastavenou procentuaacutelniacute hodnotu P (př 85 Pn) motor vypne

tj bude-li PPn le 085

Experimentaacutelniacutem měřeniacutem v raacutemci laboratorniacute uacutelohy byla pomociacute přiacutestroje Yokogawa WT1800

změřena zaacutevislost uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute motoru Z vyacutesledneacuteho grafu (Obr 37) je

patrneacute že se snižovaacuteniacutem zatiacuteženiacute rotoru klesaacute velikost uacutečiniacuteku Naměřeneacute hodnoty pro konstrukci

grafu jsou uvedeny v přiacuteloze

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 38

Obr 36 Charakteristiky asynchronniacuteho motoru při zatiacuteženiacute [11]

Obr 37 Graf zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti P2

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

01

02

03

04

05

06

07

08

09

0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000

P1 [

W]

cos

ϕ [

-]

P2 [W]

P2 P1 Q1

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 39

35 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

Princip ochrany

Je-li poměr nejnižšiacuteho proudu (Imin) a nejvyššiacuteho proudu (Imax) ve faacuteziacutech nad nastavenou

uacuterovniacute pro varovaacuteniacute sepne signalizace ztraacutety faacuteze Jakmile ovšem tento poměr překročiacute

nastavenou hodnotu pro odpojeniacute motoru sepne zpožděniacute vypnutiacute a podle nastaveneacute třiacutedy

přetiacuteženiacute motor po uplynutiacute časoveacuteho intervalu odpojiacute

Funkce faacutezoveacute nesymetrie je aktivniacute pouze tehdy je-li proud ve všech třech faacuteziacutech gt 25 In

(jmenoviteacuteho proudu) [1]

Naacutesledujiacuteciacute rovnice představuje vyacutepočet procentuaacutelniacuteho poměru proudu pro vypnutiacute motoru při

uacuteplneacute ztraacutetě faacuteze

(

)

36 Ochrana sledu faacuteziacute

Ochrana sledu faacuteziacute hliacutedaacute zejmeacutena spraacutevnyacute směr otaacutečeniacute motoru Důležiteacute pro použitiacute teacuteto

ochrany je miacutesto zapojeniacute napěťoveacuteho modulu VI15x Pokud by byl modul zapojen za stykači

nastala by chyba při reverzniacutem zapojeniacute Na stykačiacutech dochaacuteziacute zapojeniacutem k zaacuteměně dvou

faacutezovyacutech vodičů a tiacutem i změně směru otaacutečeniacute motoru UMC s pomociacute VI150 vyhodnotiacute situaci

jako chybovou a vypne motor Napěťovyacute modul se tedy zpravidla umiacutesťuje hned za hlavniacute jistiacuteciacute

prvek viz Obr 44

37 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Jedno z největšiacutech nebezpečiacute pro motor představuje ztraacuteta jedneacute napaacutejeciacute faacuteze Chod na 2

napaacutejeciacute faacuteze zatěžuje motor na tepelneacute uacutečinky proudu vlivem zvyacutešeniacute proudu ve zbylyacutech 2

faacuteziacutech UMC100 v tomto přiacutepadě vypiacutenaacute motor podle předem stanovenyacutech časovyacutech intervalů

Intervaly vypnutiacute jsou stejneacute jako pro ochranu proti proudoveacutemu přetiacuteženiacute (Tab 32) a

odpoviacutedajiacute nastaveneacute třiacutedě přetiacuteženiacute Tuto ochranu dřiacuteve zajišťovalo tepelneacute releacute ktereacute v tomto

přiacutepadě nemusiacute byacutet použito

38 PTC ochrana

381 Termistor

Termistor je polovodičovyacute nelineaacuterniacute dvojpoacutel jehož odpor se měniacute v zaacutevislosti na teplotě

prostřediacute ve ktereacutem pracuje Jeho vyacutehodou je že velmi rychle a citlivě reaguje na změnu teploty

Rozlišujeme zpravidla 2 druhy termistorů

1 NTC (Negative Temperature Coefficient) - termistor se zaacutepornyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou klesaacute jeho odpor (roste elektrickaacute vodivost a proud)

2 PTC (Positive Temperature Coefficient) ndash termistor s kladnyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou jeho odpor roste

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 40

Obr 38 Zaacutevislost odporu termistoru na teplotě

Použitiacute termistorů

NTC termistory se použiacutevajiacute zpravidla k měřeniacute teploty PTC se nejčastěji využiacutevaacute

v kuchyňskyacutech spotřebičiacutech kde je požadovaacutena konstantniacute teplota v termostatech a pro hliacutedaacuteniacute

teploty vinutiacute motorů

382 Princip PTC ochrany v UMC

Ochrana obecně spadaacute do skupiny proudově nezaacutevislyacutech ochran Pro připojeniacute PTC

termistoru sloužiacute na UMC100 svorky s označeniacutem T1 a T2 PTC zvyšuje svůj odpor s rostouciacute

teplotou proto je možneacute ho použiacutet pro hliacutedaacuteniacute teploty např vinutiacute statoru UMC je schopneacute

vyhodnotit tuto změnu odporu a vydaacute signaacutel k odpojeniacute motoru od siacutetě [7]

39 Ochrana při zemniacutem spojeniacute

Ochrana při zemniacutem spojeniacute spočiacutevaacute v ochraně motoru siacutetě a technologie při nežaacutedouciacutech

vlivech způsobenyacutech zejmeacutena staacuternutiacutem izolace a jejiacutem zhoršenyacutem izolačniacutem uacutečinkem

Naacutesledkem přetěžovaacuteniacute vedeniacute vlhkostiacute kondenzaciacute vody v elektrickeacutem zařiacutezeniacute nebo vrstvou

vodiveacuteho prachu jsou praacutevě zhoršeneacute vlastnosti izolačniacuteho materiaacutelu To vede k nechtěneacutemu

zemniacutemu spojeniacute Zemniacute spojeniacute je monitorovaacuteno pomociacute UMC spolu se zařiacutezeniacutem CEM11 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 41

DEMONSTRAČNIacute PŘIacutePRAVEK 4

41 Naacutevrh přiacutepravku

Pro demonstraci UMC100 a dalšiacutech prvků řady produktů od společnosti ABB sro byl

navržen přiacutepravek pomociacute software AutoCAD a Inventor Professional kteryacute byl poteacute zrealizovaacuten

a oživen Nosnaacute konstrukce (Obr 41) je vyrobena z jӓckelu o rozměru 25x25mm

Obr 41 Nosnaacute konstrukce

Čelniacute panel tvořiacute plech s rozměry 500x400mm a tloušťky 2mm Plech je osazen

rozvaděčovyacutemi kanaacutely 25x60mm a všemi potřebnyacutemi komponentami pro realizaci zapojeniacute

Vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho panelu s otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky a ovlaacutedaciacute tlačiacutetka motoru je na

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

Seznam použityacutech komponent Vyacuterobce

3-poacutelovyacute jistič C16 OEZ

Pojistkoveacute pouzdro RSP 4 Elektro Bečov

Komunikačniacute modul MTQ22-FBP ABB

Motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP ABB

Napěťovyacute modul VI150-FBP ABB

Rozšiřovaciacute modul DX122-FBP ABB

Ministykač LC1K09(LC1K12) Schneider Electric

Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A ABB

Rozvaděčovyacute kanaacutel 25x60mm KOPOS

Přiacutestrojoveacute zdiacuteřky 4mm do panelu AMASS

Tlačiacutetka do panelu 250V1A JIETONG

Tab 41 Seznam použityacutech komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 42

Pro konstrukci je důležiteacute aby navrženyacute panel rozměrově odpoviacutedal všem potřebnyacutem přiacutestrojům

a modulům Pro tuto přiacuteležitost je pomociacute software AutoCAD vytvořen vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho

panelu Obr 43 kteryacute je konstruovaacuten

Navrženyacute nosnyacute plech tloušťky 2mm na ktereacutem jsou umiacutestěny veškereacute komponenty Obr 42

Ve vrchniacute polovině plechu jsou vyvrtaacuteny otvory o průměru 4mm sloužiacuteciacute pro uchyceniacute

rozvaděčoveacuteho kanaacutelu a DIN lišty Ve středniacute čaacutesti plechu jsou 4 průvlečneacute otvory určeneacute k

průchodu vodičů ze zadniacute čaacutesti plechu (od napaacutejeciacutech svorek) do rozvaděčoveacuteho kanaacutelu na straně

předniacute Pro tuto potřebu jsou stejneacute otvory vyvrtaacuteny takeacute do dna kanaacutelu Ve spodniacute čaacutesti jsou

otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky pomociacute kteryacutech je zajištěno napaacutejeniacute panelu a poteacute napaacutejeniacute motoru

a 3 otvory na ovlaacutedaciacute tlačiacutetka k zajištěniacute ovlaacutedaacuteniacute motoru Uchyceniacute plechu k nosneacute konstrukci

je provedeno samořeznyacutemi šroubky M5 v roziacutech plechu

Obr 42 Naacutevrh plechu panelu

Vyacutekres plechu s udaacuteniacutem koacutet je obsažen v přiacuteloze praacutece viz Obr 01

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 43

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 44

42 Scheacutema zapojeniacute přiacutepravku

Demonstračniacute panel je uzpůsoben pro reverzniacute chod trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 44 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho přiacutepravku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 45

43 Vyacuteslednyacute přiacutepravek

Vyacuteslednyacute osazenyacute a zapojenyacute přiacutepravek určenyacute pro laboratorniacute uacutelohu doplněnyacute vhodnyacutemi

štiacutetky pro ovlaacutedaacuteniacute a zapojeniacute napaacutejeciacute siacutetě (VSTUP) a motoru (VYacuteSTUP)

Obr 45 Demonstračniacute přiacutepravek

Zadniacute čaacutest panelu s izolovaacuteniacutem konektorů FASTON pomociacute teplem smrštitelneacute bužiacuterky před

nebezpečnyacutem dotykem živeacute čaacutesti

Obr 46 Zadniacute pohled

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 46

44 Demonstračniacute kufr pro ABB

Pro společnost ABB sro byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 prezentujiacuteciacute

jeho možnosti Zaacutekladniacutem požadavkem naacutevrhu bylo řešeniacute pomociacute jednofaacutezoveacuteho napaacutejeniacute

Jelikož UMC100 je uzpůsobeno pro chod trojfaacutezovyacutech motorů je použit frekvenčniacute měnič

ACS50 kteryacute nabiacuteziacute při napaacutejeniacute pomociacute jednofaacutezoveacute siacutetě na sveacutem vyacutestupu napětiacute 3x230V50Hz

Pro digitaacutelniacute vstupy UMC100 a rozšiřovaciacuteho modulu DX111 je navrženo použitiacute dvoupoacutelovyacutech

paacutečkovyacutech přepiacutenačů s funkciacute (ON)-OFF-ON s napětiacutem 24V DC K signalizaci aktivniacutech vstupů

a vyacutestupů je navrženo použitiacute zelenyacutech signaacutelek Ovlaacutedaciacute panel kufru obsahuje spiacutenače pro

simulaci ztraacutety napaacutejeciacute faacuteze motoru potenciometr k simulaci faacutezoveacute nesymetrie daacutele červenou

signaacutelku pro signalizaci poruchovyacutech stavů a žlutou pro chod motoru Všechny přepiacutenače a

signaacutelky jsou přiacutestupneacute uživateli prostřednictviacutem navrženeacuteho ovlaacutedaciacuteho panelu kteryacute současně

posloužiacute jako kryt kufru (Obr 02) Jelikož pro přenosnyacute kufr neniacute nejvhodnějšiacute použitiacute

asynchronniacuteho motoru je proto použit 6-poacutelovyacute synchronniacute motor s přiacutekonem 23VA

vyacutestupniacutem vyacutekonem 105W a jmenovityacutem proudem 100mA

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 47

Obr 47 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho kufru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 48

SIMULACE OCHRAN 5Kapitola obsahuje soupis simulaciacute ochran ktereacute jsou demonstrovaacuteny v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jež se zabyacutevaacute problematikou UMC100 Z širokeacute škaacutely ochran jsou vybraacuteny 4 situace ktereacute

se v průmyslu často vyskytujiacute

51 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

K nasimulovaacuteniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii je použit posuvnyacute potenciometr kteryacute je

připojen na svorky (12) Pomociacute potenciometru bude snižovaacutena velikost napětiacute na přiacutevodniacute faacutezi

do motoru (L1) Pro demonstraci ochrany je použit napěťovyacute modul VI150 spolu s UMC100 Na

svorky modulu označeneacute (L1L2 a L3) jsou přivedeny faacuteze v uvedeneacutem sledu Při zvyšovaacuteniacute

odporu rezistoru ve faacutezi dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute napětiacute na přiacutevodniacute svorce (L1) vlivem rostouciacuteho

uacutebytku napětiacute na daneacutem rezistoru Je-li napěťovyacute modul propojen vodičem s UMC a je-li spraacutevně

nastaven UMC vyhodnotiacute po určiteacutem poklesu napětiacute a naacuterůstu proudu ve zbylyacutech dvou faacuteziacutech

(L2 a L3) jako chybovou a vybaviacute Nejprve bude vybaveno varovaacuteniacute a poteacute dojde k odpojeniacute

motoru

52 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze je motor vystaven vysokeacutemu riziku což většinou vede k jeho

zničeniacute Demonstrace ochrany proběhne uacuteplnyacutem odpojeniacutem napaacutejeciacute faacuteze L2 Pro vybaveniacute

ochrany neniacute zapotřebiacute aby byl motor v chodu neboť použitiacute napěťoveacuteho modulu VI150

detekuje nepřiacutetomnost napětiacute faacuteze a vybaviacute Při chodu motoru ochrana vybaviacute od 15s pro třiacutedu

5E a do 12s pro 40E podle nastaveneacute třiacutedy přetiacuteženiacute viz Tab 32 Princip funkce při chodu

motoru spočiacutevaacute v porovnaacuteniacute nejvyššiacute a nejnižšiacute naměřeneacute hodnoty faacutezoveacuteho proudu s

nastavenyacutemi uacuterovněmi Vyacutehodou je že signalizuje varovaacuteniacute ještě před samotnyacutem spuštěniacutem

motoru kdy může nastat stav že je přepaacutelena pojistka a obsluha toto nezaznamenala Mimo

přepaacuteleneacute pojistky se může takeacute jednat o uvolněnyacute nebo opotřebenyacute kontakt

53 Ochrana sledu faacuteziacute

Pro spraacutevnyacute chod motoru a diagnostiku pomociacute kontroleacuteru s použitiacutem napěťoveacuteho modulu je

zapotřebiacute dodržet sled faacuteziacute tzn Faacutezovyacute vodič L1rarrsvorka L1 L2 rarrsvorka L3 a L3rarrsvorka L3

Při zaacuteměně některyacutech faacutezovyacutech vodičů neprodleně vybaviacute ochrana sledu faacuteziacute a neniacute dovoleno

spuštěniacute motoru do okamžiku dokud neniacute obsluhou tento probleacutem vyřešen

54 PTC ochrana

Pro vyhodnocovaacuteniacute teploty vinutiacute statoru motoru sloužiacute termistor PTC Při zvyacutešeniacute teploty

nastaacutevaacute zvyacutešeniacute odporu termistoru (viz Obr 38) a motor odpojiacute Udaacutevanaacute odezva UMC na

změnu odporu je v rozmeziacute R = 34-38kΩ

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 49

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany

Z důvodu ochrany motoru neniacute vhodneacute vystavovat motor zvyacutešeneacute teplotě pro nastiacuteněniacute funkce

PTC ochrany Pro tento uacutečel posloužiacute zhotovenyacute box osazenyacute lineaacuterniacutem potenciometrem

s hodnotou odporu 25kΩ jemuž jsou předřazeny odpory 1kΩ a 330Ω

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 50

LABORATORNIacute UacuteLOHA 6

61 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100

Uacutekolem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute řiacutediacuteciacute a kontrolniacute jednotkou pro

provoz trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru UMC100

Motorovyacute kontroleacuter nabiacuteziacute 3 releacuteoveacute vyacutestupy Tyto vyacutestupy jsou připojitelneacute na napětiacute 230V AC s

maximaacutelniacutem proudem 1A Releacuteoveacute vyacutestupy sloužiacute zejmeacutena pro připojeniacute budiacuteciacutech ciacutevek stykačů

Hlavniacute vstupy jsou tvořeny seacuteriiacute svorek jež je umiacutestěnaacute ve spodniacute čaacutesti kontroleacuteru Svorky nesou

označeniacute (DI0 DI1 hellip DI5) Tyto digitaacutelniacute vstupy pracujiacute s napětiacutem 24V DC a sloužiacute pro

připojeniacute ovlaacutedaciacutech tlačiacutetek jako start motoru stop motoru reverzaci rozběh hvězda-trojuacutehelniacutek

nebo např použitiacute vstupu pro koncovyacute spiacutenač pro připojeniacute pomocnyacutech kontaktů stykačů či

funkci aktuaacutetor kdy je ovlaacutedaacuten pohon ventilu Vše podle nastaveniacute uživatele a pracovniacuteho

procesu Vedle hlavniacutech vstupniacutech kontaktů se nachaacuteziacute takeacute jeden vyacutestupniacute s označeniacutem (DO3)

Tento digitaacutelniacute vyacutestup lze využiacutet k připojeniacute 24V DC signalizačniacute kontrolky pro chybovaacute hlaacutešeniacute

modulu UMC100 nabiacuteziacute integrovanyacute vstup pro připojeniacute PTC termistoru Diacuteky PTC jsme

schopni hliacutedat teplotu statoroveacuteho vinutiacute a předejiacutet tiacutem zaacutevažneacutemu poškozeniacute motoru

Hlavniacute obvod

Měřeniacute proudu faacutezovyacutemi vodiči je řešeno pomociacute 3 průvlečnyacutech ok integrovanyacutech v modulu

Tato průvlečnaacute oka jsou měřiacuteciacutemi transformaacutetory proudu navinutyacutemi na toroidniacutem jaacutedře Diacuteky

těmto transformaacutetorům je kontroleacuter schopnyacute měřit proud v rozsahu 024 až 63A Pro vyššiacute

hodnoty proudů až 850A se použiacutevaacute externiacute proudovyacute transformaacutetor

Možnost rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru

UMC se v průmyslovyacutech aplikaciacutech nejčastěji použiacutevaacute s využitiacutem napěťoveacuteho a rozšiřovaciacuteho

(vstupně-vyacutestupniacuteho) modulu Pro laboratorniacute uacutelohu je použit napěťovyacute modul VI150 a

rozšiřovaciacute modul DX122 jenž jsou připojeny k UMC pomociacute UMCIO-CAB přes svorky

s označeniacutem Ca a Cb

Napěťovyacute modul VI150

K demonstraci kontroleacuteru je použit modul s označeniacutem VI150 Zařiacutezeniacute disponuje konektory pro

připojeniacute faacutezovyacutech vodičů (L1 L2 a L3) a je schopneacute měřit hodnotu sdruženeacuteho napětiacute siacutetě

S naměřenyacutemi hodnotami faacutezoveacuteho proudu pomociacute UMC dostaacutevaacuteme takeacute hodnotu faacutezoveacuteho

posuvu mezi napětiacutem a proudem tedy uacutečiniacuteku cos φ Z těchto naměřenyacutech parametrů vypočiacutetaacute

řiacutediacuteciacute jednotka kontroleacuteru činnyacute přiacutekon Ovšem pro spraacutevnou detekci napětiacute je nutneacute dodržet

zapojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 51

Vstupně-vyacutestupniacute modul DX122

Modul umožňuje rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru o dalšiacutech 8 digitaacutelniacutech vstupů na napětiacute 110-230V AC 4

releacuteoveacute vyacutestupy a 1 analogovyacute vyacutestup Pomociacute programu ABB Asset Vision Basic je možneacute

přiacutemeacute přiřazeniacute parametrů a programovaacuteniacute UMC100 a takeacute všech zařiacutezeniacute kteraacute jsou vybavena

DTM (Device Type Manager)- naacutestroj pro konfiguraci a spraacutevu zařiacutezeniacute

Komunikačniacute modul MTQ22

O komunikaci mezi UMC a PC se staraacute modul MTQ22 V software vytvořeneacutem pomociacute

vyacutevojoveacuteho prostřediacute LabVIEW lze sledovat aktuaacutelniacute měřeneacute veličiny zobrazenaacute varovaacuteniacute

poruchovyacutech stavů informace o stavu vstupů a vyacutestupů apod

Napaacutejeciacute zdroj

Napaacutejeniacute modulů zajišťuje zdroj CP-D 2413A s regulaciacute vyacutestupniacuteho napětiacute Regulace je možnaacute

v rozpětiacute 24-28V DC Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute zdroje je umožněna z důvodu požadavku

přesneacuteho napětiacute 24V DC Vlivem zatiacuteženiacute (napaacutejeniacute UMC VI a DX) vyacutestupniacute napětiacute zdroje klesaacute

podle zatěžovaciacute charakteristiky přiacuteslušneacuteho zdroje CP-D sloužiacute takeacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacutech

vstupů UMC

Ochranneacute funkce

UMC nenabiacuteziacute pouze možnost měřeniacute faacutezoveacuteho proudu ale takeacute řadu ochran při poruchovyacutech

stavech provozu Nejčastěji v praxi využiacutevanaacute ochrana je ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute kteraacute

je doprovaacutezena varovnou signalizaciacute nastaacutevajiacuteciacute poruchy

Ochrana motoru při proudoveacutem podtiacuteženiacute pracuje na obdobneacutem principu jako předchoziacute ochrana

Kontroleacuter monitoruje hladinu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu Při jeho poklesu pod nastavenou

uacuteroveň maximaacutelniacuteho dovoleneacuteho poklesu (udaacutevaneacute relativně v k jmenoviteacutemu In) dochaacuteziacute k

signalizaci chyby a odpojeniacute motoru od siacutetě

PTC ochrana spočiacutevaacute v hliacutedaacuteniacute teploty statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru pomociacute PTC

termistoru V našem přiacutepadě je použito lineaacuterniacuteho potenciometru kdy se zvyšujiacuteciacutem se odporem

potenciometru simulujeme zvyšujiacuteciacute se teplotu statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru

Při ztraacutetě některeacute napaacutejeciacute faacuteze motoru dochaacuteziacute k okamžiteacutemu blokovaacuteniacute startu motoru

Ochrana sledu faacuteziacute zajistiacute spraacutevneacute zapojeniacute vodičů L1 L2 a L3 ktereacute je slučitelneacute s nastaveniacutem v

UMC

Vlivem přerušovaneacuteho provozu např S3 kdy nedochaacuteziacute v době klidu a odpojeniacute motoru k

poklesu teploty na teplotu okoliacute může vybavit Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute - Thermal

Overload Protection (TOL)

Zablokovaniacute rotoru byacutevaacute způsobeno přiacuteliš vysokyacutem zaacutetěžnyacutem momentem Mz na hřiacutedeli motoru

nebo mechanickou poruchou Kontroleacuter je při startu schopen detekovat tento stav

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 52

62 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute uacutelohy a scheacutema zapojeniacute panelu

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 53

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 54

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha

Štiacutetek použiteacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 64 Štiacutetek motoru

63 Popis scheacutematu zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

Na vstupniacute svorky s označeniacutem VSTUP (L1 L2 L3 N PE) jsou přivedeny přiacuteslušneacute vodiče

z pracovniacuteho stolu Hlavniacute 16A jistič s vypiacutenaciacute charakteristikou typu C sloužiacute pro jištěniacute siloveacute

čaacutesti obvodu Pro jištěniacute napaacutejeciacuteho zdroje CP-D sloužiacute tavnaacute pojistka 2T250V Napěťoveacute

vstupy na modul VI150 jsou jištěny tavnou pojistkou F125250V Posuvnyacute potenciometr

umiacutestěnyacute na faacutezoveacutem vodiči L1 sloužiacute k demonstraci ochrany při faacutezoveacute nesymetrii

Komunikačniacute modul MTQ22 zajišťuje komunikaci mezi UMC a PC kdy prostřednictviacutem

Ethernetoveacute siacutetě jsme schopni čiacutest měřeneacute veličiny

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 55

64 Pracovniacute postup

1 Seznamte se s kontroleacuterem UMC100 a ostatniacutemi komponenty použityacutemi pro laboratorniacute

uacutelohu a se scheacutematem zapojeniacute uacutelohy

2 Připojte elektromotor a vstupniacute svorky na přiacuteslušneacute zdiacuteřky Před připojeniacutem vyacutekonoveacuteho

potenciometru ověřte měřeniacutem jeho minimaacutelniacute a maximaacutelniacute hodnotu odporu a

poznamenejte si je

3 Připojte potenciometr na určeneacute zdiacuteřky označeneacute čiacutesly 1 a 2 a nastavte hodnotu odporu

4 Po kontrole zapojeniacute vyučujiacuteciacutem zapněte pracoviště a nastavte autotransformaacutetor na 100

vyacutestupniacuteho napětiacute Zapněte hlavniacute jistič Kontrola a nastaveniacute komunikace mezi UMC

DX a VI

Nastaveniacute Komunikace se provede přes LCD displej naacutesledujiacuteciacutem způsobem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on

5 Stiskem tlačiacutetka VPŘED nebo VZAD na panelu uvedeme motor do chodu Pro přechod

z jednoho směru do druheacuteho je nutneacute nejprve zastavit motor tlačiacutetkem STOP Při

zastaveniacute je kontroleacuterem motor blokovaacuten po dobu 3s před dalšiacutem spuštěniacutem z důvodu

doběhu motoru Pohybem tlačiacutetek nahoru dolů pomociacute LCD v hlavniacute nabiacutedce - UMC -

můžeme sledovat aktuaacutelniacute proud motoru sdruženeacute napětiacute odebiacuteranyacute přiacutekon ze siacutetě

uacutečiniacutekhellip

6 Při provaacuteděniacute uacutelohy na brzdě (dynamometru) ověřte funkci ochrany při zablokovaacuteniacute

rotoru funkci ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a proudoveacutem přetiacuteženiacute

7 Při vybaveniacute každeacute z ochran zaznamenejte hodnotu kdy vypnula Před novyacutem startem je

důležiteacute přečiacutest zaacuteznam důvodu poruchy a proveacutest reset na panelu UMC100-PAN jinak je

START blokovaacuten

65 Měřeniacute

OCHRANA PŘED PŘEHŘAacuteTIacuteM MOTORU

Potenciometrem označenyacutem PTC je zvyšovaacutena hodnotu odporu do okamžiku kdy dojde

k odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě zapůsobeniacutem PTC ochrany Hodnota odporu potenciometru

při vybaveniacute ochrany je určena měřeniacutem na 341kΩ Odpoviacutedajiacuteciacute hodnotu teploty motoru

odečteme z grafu a hodnoty odporu potenciometru při vypnutiacute

Do tabulky zapište změřenou hodnotu odporu potenciometru při vypnutiacute Při teacuteto hodnotě odporu

odečtěte teplotu motoru z grafu Ziacuteskanou teplotu porovnejte s vypočtenou teplotou motoru

Tabulka naměřenyacutech a vypočtenyacutech hodnot

R ϑg R0 ϑ

[Ω] [degC] [Ω] [degC]

3410 136 1320 13626

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 56

Vyacutepočet vychaacuteziacute ze vztahu pro zaacutevislost elektrickeacuteho odporu vodiče na teplotě

(651)

kde

(652)

Po uacutepravě pak

α - teplotniacute součinitel elektrickeacuteho odporu (K-1

) (α = 001162 K-1

)

R0 - odpor potenciometru v zaacutekladniacute poloze

R - odpor potenciometru při vybaveniacute ochrany

ϑg - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute odečtenaacute z grafu

ϑ - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute ndash vypočtenaacute

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

R [

Ω]

ϑ [degC]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 57

Vinutiacute motoru je izolovaacuteno izolaciacute třiacutedy F (155)

Třiacuteda izolace A E B F H

Okolniacute teplota [degC] 40 40 40 40 40

Povolenyacute naacuterůst teploty [degC] 60 75 80 105 125

Teplotniacute rezerva 5 5 10 10 15

Konečnaacute teplota 105 120 130 155 180

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru [12]

OCHRANA PŘED NESPRAacuteVNYacuteM SLEDEM FAacuteZIacute

Nedodrženiacutem sledu napaacutejeciacutech faacutezovyacutech vodičů (zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů svorek L2 a L3)

jak je nastaveno v UMC provaacutediacute napěťovyacute modul blokaci startu motoru V tomto přiacutepadě

vybavuje neprodleně ochrana sledu faacuteziacute ndashPhase sequence Funkci zaznamenejte do protokolu

OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII

Zvyšovaacuteniacutem odporu vyacutekonoveacuteho potenciometru zapojeneacuteho ve faacutezi L1 (viz scheacutema zapojeniacute

uacutelohy) dochaacuteziacute k simulaci faacutezoveacute nesymetrie siacutetě Motor je odpojen v okamžiku kdy poklesne

hodnota sdruženeacuteho napětiacute mezi faacutezemi L3 a L1 přibližně na hodnotu Us = 380V Velikost

odporu při vybaveniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii činiacute 101Ω Hodnotu nesymetrie zaznamenejte

do protokolu

OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE

Ztraacuteta faacuteze se realizuje pomociacute spiacutenače v pracovniacutem stole kdy odpojiacuteme napaacutejeciacute faacutezi Změřte

čas od odpojeniacute faacuteze L2 do vybaveniacute ochrany při ztraacutetě faacuteze a poznamenejte do protokolu

66 Demonstrace ochran při použitiacute dynamometru

OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU

K testu ochrany při zablokovaacuteniacute rotoru posloužiacute dynamometr jehož hřiacutedel je spojenaacute se hřiacutedeliacute

asynchronniacuteho motoru pomociacute spojky Hřiacutedel dynamometru je poteacute mechanicky zablokovaacutena

Stiskem přiacuteslušneacuteho tlačiacutetka je proveden start motoru a sledovaacuten proud při odpojeniacute motoru od

siacutetě a čas odpojeniacute Proud při vybaveniacute ochrany při mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru dosaacutehl

hodnoty 1978A což odpoviacutedaacute 582In

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute ndash (High current protection)

Pro simulaci proudoveacuteho přetiacuteženiacute maacuteme nastavenou hodnotu odebiacuteraneacuteho proudu na 130 pro

odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě Snižovaacuteniacutem jmenovityacutech otaacuteček motoru pomociacute dynamometru

(bržděniacutem tzn n rarr 0) dochaacuteziacute k naacuterůstu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu I Odpojeniacute nastalo při

odebiacuteraneacutem proudu 447A Nastaveneacute hodnotě (13In ) naacuteležiacute proud 442A Tiacutem lze konstatovat

že vyacutesledek měřeniacute je srovnatelnyacute s hodnotami uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute

Stav proudoveacuteho podtiacuteženiacute nedostatečneacuteho proudoveacuteho zatiacuteženiacute použiacutevanyacute zejmeacutena u čerpadel

je simulovaacuten pomociacute dynamometru kdy je nastavenaacute hodnota poklesu aktuaacutelniacuteho proudu na

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 58

085In a čas odpojeniacute od siacutetě na 10s Po roztočeniacute a zatiacuteženiacute motoru na hodnotu jmenoviteacuteho

proudu jsou pomociacute dynamometru zvyšovaacuteny otaacutečky motoru n Tento proces maacute za naacutesledek

snižovaacuteniacute aktuaacutelniacuteho proteacutekaneacuteho proudu I kdy motor ztraacuteciacute zatiacuteženiacute Nastaveneacute hodnotě

podtiacuteženiacute odpoviacutedaacute aktuaacutelniacute proud 289A Při dosaženiacute teacuteto uacuterovně je spuštěn odpočet a motor za

10s odpojen

67 Vyhodnoceniacute a zaacutevěr

Vyacutesledkem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute technologiiacute pro diagnostiku

veličin při chodu trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru Při demonstračniacute simulaci ochran byly

dosaženy naacutesledujiacuteciacute vyacutesledky PTC ochrana vybavuje při hodnotě odporu 341kΩ Tato hodnota

odpoviacutedaacute teplotě ϑg = 136degC odečteneacute z grafu Vypočtenaacute teplota ϑ = 13626degC Vyacuterobce uvaacutediacute

zapůsobeniacute ochrany při hodnotě odporu v rozsahu 34-38kΩ Zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů L2 a

L3 proběhla okamžitaacute blokace spuštěniacute motoru Faacutezovaacute nesymetrie vybavila při poklesu napětiacute o

5 Ztraacutetou napaacutejeciacute faacuteze proběhlo odpojeniacute motoru v čase t = 15s Čas odpojeniacute odpoviacutedaacute třiacutedě

přetiacuteženiacute 5E kteraacute je nastavena

Při testu za použitiacute dynamometru bylo zjištěno že při zablokovaneacutem rotoru motoru zapůsobil

kontroleacuter při nastaveneacutem přetiacuteženiacute 3In Teacuteto hodnotě naacuteležiacute proud 102A Jelikož je nastavena

třiacuteda přetiacuteženiacute 5E ktereacute naacuteležiacute interval 15s a poteacute odpojeniacute motoru tak během tohoto okamžiku

vzrostla hodnota proudu na 1978A což odpoviacutedaacute 582In Při proudoveacutem přetiacuteženiacute odpoviacutedaly

vyacutesledky měřeniacute nastaveneacute hodnotě přetiacuteženiacute 13In Ve stavu proudoveacuteho podtiacuteženiacute zapůsobila

ochrana spraacutevně dle nastaveneacuteho poklesu proudu na 085In

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 38: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 38

Obr 36 Charakteristiky asynchronniacuteho motoru při zatiacuteženiacute [11]

Obr 37 Graf zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti P2

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

01

02

03

04

05

06

07

08

09

0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000

P1 [

W]

cos

ϕ [

-]

P2 [W]

P2 P1 Q1

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 39

35 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

Princip ochrany

Je-li poměr nejnižšiacuteho proudu (Imin) a nejvyššiacuteho proudu (Imax) ve faacuteziacutech nad nastavenou

uacuterovniacute pro varovaacuteniacute sepne signalizace ztraacutety faacuteze Jakmile ovšem tento poměr překročiacute

nastavenou hodnotu pro odpojeniacute motoru sepne zpožděniacute vypnutiacute a podle nastaveneacute třiacutedy

přetiacuteženiacute motor po uplynutiacute časoveacuteho intervalu odpojiacute

Funkce faacutezoveacute nesymetrie je aktivniacute pouze tehdy je-li proud ve všech třech faacuteziacutech gt 25 In

(jmenoviteacuteho proudu) [1]

Naacutesledujiacuteciacute rovnice představuje vyacutepočet procentuaacutelniacuteho poměru proudu pro vypnutiacute motoru při

uacuteplneacute ztraacutetě faacuteze

(

)

36 Ochrana sledu faacuteziacute

Ochrana sledu faacuteziacute hliacutedaacute zejmeacutena spraacutevnyacute směr otaacutečeniacute motoru Důležiteacute pro použitiacute teacuteto

ochrany je miacutesto zapojeniacute napěťoveacuteho modulu VI15x Pokud by byl modul zapojen za stykači

nastala by chyba při reverzniacutem zapojeniacute Na stykačiacutech dochaacuteziacute zapojeniacutem k zaacuteměně dvou

faacutezovyacutech vodičů a tiacutem i změně směru otaacutečeniacute motoru UMC s pomociacute VI150 vyhodnotiacute situaci

jako chybovou a vypne motor Napěťovyacute modul se tedy zpravidla umiacutesťuje hned za hlavniacute jistiacuteciacute

prvek viz Obr 44

37 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Jedno z největšiacutech nebezpečiacute pro motor představuje ztraacuteta jedneacute napaacutejeciacute faacuteze Chod na 2

napaacutejeciacute faacuteze zatěžuje motor na tepelneacute uacutečinky proudu vlivem zvyacutešeniacute proudu ve zbylyacutech 2

faacuteziacutech UMC100 v tomto přiacutepadě vypiacutenaacute motor podle předem stanovenyacutech časovyacutech intervalů

Intervaly vypnutiacute jsou stejneacute jako pro ochranu proti proudoveacutemu přetiacuteženiacute (Tab 32) a

odpoviacutedajiacute nastaveneacute třiacutedě přetiacuteženiacute Tuto ochranu dřiacuteve zajišťovalo tepelneacute releacute ktereacute v tomto

přiacutepadě nemusiacute byacutet použito

38 PTC ochrana

381 Termistor

Termistor je polovodičovyacute nelineaacuterniacute dvojpoacutel jehož odpor se měniacute v zaacutevislosti na teplotě

prostřediacute ve ktereacutem pracuje Jeho vyacutehodou je že velmi rychle a citlivě reaguje na změnu teploty

Rozlišujeme zpravidla 2 druhy termistorů

1 NTC (Negative Temperature Coefficient) - termistor se zaacutepornyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou klesaacute jeho odpor (roste elektrickaacute vodivost a proud)

2 PTC (Positive Temperature Coefficient) ndash termistor s kladnyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou jeho odpor roste

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 40

Obr 38 Zaacutevislost odporu termistoru na teplotě

Použitiacute termistorů

NTC termistory se použiacutevajiacute zpravidla k měřeniacute teploty PTC se nejčastěji využiacutevaacute

v kuchyňskyacutech spotřebičiacutech kde je požadovaacutena konstantniacute teplota v termostatech a pro hliacutedaacuteniacute

teploty vinutiacute motorů

382 Princip PTC ochrany v UMC

Ochrana obecně spadaacute do skupiny proudově nezaacutevislyacutech ochran Pro připojeniacute PTC

termistoru sloužiacute na UMC100 svorky s označeniacutem T1 a T2 PTC zvyšuje svůj odpor s rostouciacute

teplotou proto je možneacute ho použiacutet pro hliacutedaacuteniacute teploty např vinutiacute statoru UMC je schopneacute

vyhodnotit tuto změnu odporu a vydaacute signaacutel k odpojeniacute motoru od siacutetě [7]

39 Ochrana při zemniacutem spojeniacute

Ochrana při zemniacutem spojeniacute spočiacutevaacute v ochraně motoru siacutetě a technologie při nežaacutedouciacutech

vlivech způsobenyacutech zejmeacutena staacuternutiacutem izolace a jejiacutem zhoršenyacutem izolačniacutem uacutečinkem

Naacutesledkem přetěžovaacuteniacute vedeniacute vlhkostiacute kondenzaciacute vody v elektrickeacutem zařiacutezeniacute nebo vrstvou

vodiveacuteho prachu jsou praacutevě zhoršeneacute vlastnosti izolačniacuteho materiaacutelu To vede k nechtěneacutemu

zemniacutemu spojeniacute Zemniacute spojeniacute je monitorovaacuteno pomociacute UMC spolu se zařiacutezeniacutem CEM11 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 41

DEMONSTRAČNIacute PŘIacutePRAVEK 4

41 Naacutevrh přiacutepravku

Pro demonstraci UMC100 a dalšiacutech prvků řady produktů od společnosti ABB sro byl

navržen přiacutepravek pomociacute software AutoCAD a Inventor Professional kteryacute byl poteacute zrealizovaacuten

a oživen Nosnaacute konstrukce (Obr 41) je vyrobena z jӓckelu o rozměru 25x25mm

Obr 41 Nosnaacute konstrukce

Čelniacute panel tvořiacute plech s rozměry 500x400mm a tloušťky 2mm Plech je osazen

rozvaděčovyacutemi kanaacutely 25x60mm a všemi potřebnyacutemi komponentami pro realizaci zapojeniacute

Vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho panelu s otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky a ovlaacutedaciacute tlačiacutetka motoru je na

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

Seznam použityacutech komponent Vyacuterobce

3-poacutelovyacute jistič C16 OEZ

Pojistkoveacute pouzdro RSP 4 Elektro Bečov

Komunikačniacute modul MTQ22-FBP ABB

Motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP ABB

Napěťovyacute modul VI150-FBP ABB

Rozšiřovaciacute modul DX122-FBP ABB

Ministykač LC1K09(LC1K12) Schneider Electric

Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A ABB

Rozvaděčovyacute kanaacutel 25x60mm KOPOS

Přiacutestrojoveacute zdiacuteřky 4mm do panelu AMASS

Tlačiacutetka do panelu 250V1A JIETONG

Tab 41 Seznam použityacutech komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 42

Pro konstrukci je důležiteacute aby navrženyacute panel rozměrově odpoviacutedal všem potřebnyacutem přiacutestrojům

a modulům Pro tuto přiacuteležitost je pomociacute software AutoCAD vytvořen vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho

panelu Obr 43 kteryacute je konstruovaacuten

Navrženyacute nosnyacute plech tloušťky 2mm na ktereacutem jsou umiacutestěny veškereacute komponenty Obr 42

Ve vrchniacute polovině plechu jsou vyvrtaacuteny otvory o průměru 4mm sloužiacuteciacute pro uchyceniacute

rozvaděčoveacuteho kanaacutelu a DIN lišty Ve středniacute čaacutesti plechu jsou 4 průvlečneacute otvory určeneacute k

průchodu vodičů ze zadniacute čaacutesti plechu (od napaacutejeciacutech svorek) do rozvaděčoveacuteho kanaacutelu na straně

předniacute Pro tuto potřebu jsou stejneacute otvory vyvrtaacuteny takeacute do dna kanaacutelu Ve spodniacute čaacutesti jsou

otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky pomociacute kteryacutech je zajištěno napaacutejeniacute panelu a poteacute napaacutejeniacute motoru

a 3 otvory na ovlaacutedaciacute tlačiacutetka k zajištěniacute ovlaacutedaacuteniacute motoru Uchyceniacute plechu k nosneacute konstrukci

je provedeno samořeznyacutemi šroubky M5 v roziacutech plechu

Obr 42 Naacutevrh plechu panelu

Vyacutekres plechu s udaacuteniacutem koacutet je obsažen v přiacuteloze praacutece viz Obr 01

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 43

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 44

42 Scheacutema zapojeniacute přiacutepravku

Demonstračniacute panel je uzpůsoben pro reverzniacute chod trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 44 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho přiacutepravku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 45

43 Vyacuteslednyacute přiacutepravek

Vyacuteslednyacute osazenyacute a zapojenyacute přiacutepravek určenyacute pro laboratorniacute uacutelohu doplněnyacute vhodnyacutemi

štiacutetky pro ovlaacutedaacuteniacute a zapojeniacute napaacutejeciacute siacutetě (VSTUP) a motoru (VYacuteSTUP)

Obr 45 Demonstračniacute přiacutepravek

Zadniacute čaacutest panelu s izolovaacuteniacutem konektorů FASTON pomociacute teplem smrštitelneacute bužiacuterky před

nebezpečnyacutem dotykem živeacute čaacutesti

Obr 46 Zadniacute pohled

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 46

44 Demonstračniacute kufr pro ABB

Pro společnost ABB sro byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 prezentujiacuteciacute

jeho možnosti Zaacutekladniacutem požadavkem naacutevrhu bylo řešeniacute pomociacute jednofaacutezoveacuteho napaacutejeniacute

Jelikož UMC100 je uzpůsobeno pro chod trojfaacutezovyacutech motorů je použit frekvenčniacute měnič

ACS50 kteryacute nabiacuteziacute při napaacutejeniacute pomociacute jednofaacutezoveacute siacutetě na sveacutem vyacutestupu napětiacute 3x230V50Hz

Pro digitaacutelniacute vstupy UMC100 a rozšiřovaciacuteho modulu DX111 je navrženo použitiacute dvoupoacutelovyacutech

paacutečkovyacutech přepiacutenačů s funkciacute (ON)-OFF-ON s napětiacutem 24V DC K signalizaci aktivniacutech vstupů

a vyacutestupů je navrženo použitiacute zelenyacutech signaacutelek Ovlaacutedaciacute panel kufru obsahuje spiacutenače pro

simulaci ztraacutety napaacutejeciacute faacuteze motoru potenciometr k simulaci faacutezoveacute nesymetrie daacutele červenou

signaacutelku pro signalizaci poruchovyacutech stavů a žlutou pro chod motoru Všechny přepiacutenače a

signaacutelky jsou přiacutestupneacute uživateli prostřednictviacutem navrženeacuteho ovlaacutedaciacuteho panelu kteryacute současně

posloužiacute jako kryt kufru (Obr 02) Jelikož pro přenosnyacute kufr neniacute nejvhodnějšiacute použitiacute

asynchronniacuteho motoru je proto použit 6-poacutelovyacute synchronniacute motor s přiacutekonem 23VA

vyacutestupniacutem vyacutekonem 105W a jmenovityacutem proudem 100mA

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 47

Obr 47 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho kufru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 48

SIMULACE OCHRAN 5Kapitola obsahuje soupis simulaciacute ochran ktereacute jsou demonstrovaacuteny v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jež se zabyacutevaacute problematikou UMC100 Z širokeacute škaacutely ochran jsou vybraacuteny 4 situace ktereacute

se v průmyslu často vyskytujiacute

51 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

K nasimulovaacuteniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii je použit posuvnyacute potenciometr kteryacute je

připojen na svorky (12) Pomociacute potenciometru bude snižovaacutena velikost napětiacute na přiacutevodniacute faacutezi

do motoru (L1) Pro demonstraci ochrany je použit napěťovyacute modul VI150 spolu s UMC100 Na

svorky modulu označeneacute (L1L2 a L3) jsou přivedeny faacuteze v uvedeneacutem sledu Při zvyšovaacuteniacute

odporu rezistoru ve faacutezi dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute napětiacute na přiacutevodniacute svorce (L1) vlivem rostouciacuteho

uacutebytku napětiacute na daneacutem rezistoru Je-li napěťovyacute modul propojen vodičem s UMC a je-li spraacutevně

nastaven UMC vyhodnotiacute po určiteacutem poklesu napětiacute a naacuterůstu proudu ve zbylyacutech dvou faacuteziacutech

(L2 a L3) jako chybovou a vybaviacute Nejprve bude vybaveno varovaacuteniacute a poteacute dojde k odpojeniacute

motoru

52 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze je motor vystaven vysokeacutemu riziku což většinou vede k jeho

zničeniacute Demonstrace ochrany proběhne uacuteplnyacutem odpojeniacutem napaacutejeciacute faacuteze L2 Pro vybaveniacute

ochrany neniacute zapotřebiacute aby byl motor v chodu neboť použitiacute napěťoveacuteho modulu VI150

detekuje nepřiacutetomnost napětiacute faacuteze a vybaviacute Při chodu motoru ochrana vybaviacute od 15s pro třiacutedu

5E a do 12s pro 40E podle nastaveneacute třiacutedy přetiacuteženiacute viz Tab 32 Princip funkce při chodu

motoru spočiacutevaacute v porovnaacuteniacute nejvyššiacute a nejnižšiacute naměřeneacute hodnoty faacutezoveacuteho proudu s

nastavenyacutemi uacuterovněmi Vyacutehodou je že signalizuje varovaacuteniacute ještě před samotnyacutem spuštěniacutem

motoru kdy může nastat stav že je přepaacutelena pojistka a obsluha toto nezaznamenala Mimo

přepaacuteleneacute pojistky se může takeacute jednat o uvolněnyacute nebo opotřebenyacute kontakt

53 Ochrana sledu faacuteziacute

Pro spraacutevnyacute chod motoru a diagnostiku pomociacute kontroleacuteru s použitiacutem napěťoveacuteho modulu je

zapotřebiacute dodržet sled faacuteziacute tzn Faacutezovyacute vodič L1rarrsvorka L1 L2 rarrsvorka L3 a L3rarrsvorka L3

Při zaacuteměně některyacutech faacutezovyacutech vodičů neprodleně vybaviacute ochrana sledu faacuteziacute a neniacute dovoleno

spuštěniacute motoru do okamžiku dokud neniacute obsluhou tento probleacutem vyřešen

54 PTC ochrana

Pro vyhodnocovaacuteniacute teploty vinutiacute statoru motoru sloužiacute termistor PTC Při zvyacutešeniacute teploty

nastaacutevaacute zvyacutešeniacute odporu termistoru (viz Obr 38) a motor odpojiacute Udaacutevanaacute odezva UMC na

změnu odporu je v rozmeziacute R = 34-38kΩ

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 49

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany

Z důvodu ochrany motoru neniacute vhodneacute vystavovat motor zvyacutešeneacute teplotě pro nastiacuteněniacute funkce

PTC ochrany Pro tento uacutečel posloužiacute zhotovenyacute box osazenyacute lineaacuterniacutem potenciometrem

s hodnotou odporu 25kΩ jemuž jsou předřazeny odpory 1kΩ a 330Ω

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 50

LABORATORNIacute UacuteLOHA 6

61 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100

Uacutekolem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute řiacutediacuteciacute a kontrolniacute jednotkou pro

provoz trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru UMC100

Motorovyacute kontroleacuter nabiacuteziacute 3 releacuteoveacute vyacutestupy Tyto vyacutestupy jsou připojitelneacute na napětiacute 230V AC s

maximaacutelniacutem proudem 1A Releacuteoveacute vyacutestupy sloužiacute zejmeacutena pro připojeniacute budiacuteciacutech ciacutevek stykačů

Hlavniacute vstupy jsou tvořeny seacuteriiacute svorek jež je umiacutestěnaacute ve spodniacute čaacutesti kontroleacuteru Svorky nesou

označeniacute (DI0 DI1 hellip DI5) Tyto digitaacutelniacute vstupy pracujiacute s napětiacutem 24V DC a sloužiacute pro

připojeniacute ovlaacutedaciacutech tlačiacutetek jako start motoru stop motoru reverzaci rozběh hvězda-trojuacutehelniacutek

nebo např použitiacute vstupu pro koncovyacute spiacutenač pro připojeniacute pomocnyacutech kontaktů stykačů či

funkci aktuaacutetor kdy je ovlaacutedaacuten pohon ventilu Vše podle nastaveniacute uživatele a pracovniacuteho

procesu Vedle hlavniacutech vstupniacutech kontaktů se nachaacuteziacute takeacute jeden vyacutestupniacute s označeniacutem (DO3)

Tento digitaacutelniacute vyacutestup lze využiacutet k připojeniacute 24V DC signalizačniacute kontrolky pro chybovaacute hlaacutešeniacute

modulu UMC100 nabiacuteziacute integrovanyacute vstup pro připojeniacute PTC termistoru Diacuteky PTC jsme

schopni hliacutedat teplotu statoroveacuteho vinutiacute a předejiacutet tiacutem zaacutevažneacutemu poškozeniacute motoru

Hlavniacute obvod

Měřeniacute proudu faacutezovyacutemi vodiči je řešeno pomociacute 3 průvlečnyacutech ok integrovanyacutech v modulu

Tato průvlečnaacute oka jsou měřiacuteciacutemi transformaacutetory proudu navinutyacutemi na toroidniacutem jaacutedře Diacuteky

těmto transformaacutetorům je kontroleacuter schopnyacute měřit proud v rozsahu 024 až 63A Pro vyššiacute

hodnoty proudů až 850A se použiacutevaacute externiacute proudovyacute transformaacutetor

Možnost rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru

UMC se v průmyslovyacutech aplikaciacutech nejčastěji použiacutevaacute s využitiacutem napěťoveacuteho a rozšiřovaciacuteho

(vstupně-vyacutestupniacuteho) modulu Pro laboratorniacute uacutelohu je použit napěťovyacute modul VI150 a

rozšiřovaciacute modul DX122 jenž jsou připojeny k UMC pomociacute UMCIO-CAB přes svorky

s označeniacutem Ca a Cb

Napěťovyacute modul VI150

K demonstraci kontroleacuteru je použit modul s označeniacutem VI150 Zařiacutezeniacute disponuje konektory pro

připojeniacute faacutezovyacutech vodičů (L1 L2 a L3) a je schopneacute měřit hodnotu sdruženeacuteho napětiacute siacutetě

S naměřenyacutemi hodnotami faacutezoveacuteho proudu pomociacute UMC dostaacutevaacuteme takeacute hodnotu faacutezoveacuteho

posuvu mezi napětiacutem a proudem tedy uacutečiniacuteku cos φ Z těchto naměřenyacutech parametrů vypočiacutetaacute

řiacutediacuteciacute jednotka kontroleacuteru činnyacute přiacutekon Ovšem pro spraacutevnou detekci napětiacute je nutneacute dodržet

zapojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 51

Vstupně-vyacutestupniacute modul DX122

Modul umožňuje rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru o dalšiacutech 8 digitaacutelniacutech vstupů na napětiacute 110-230V AC 4

releacuteoveacute vyacutestupy a 1 analogovyacute vyacutestup Pomociacute programu ABB Asset Vision Basic je možneacute

přiacutemeacute přiřazeniacute parametrů a programovaacuteniacute UMC100 a takeacute všech zařiacutezeniacute kteraacute jsou vybavena

DTM (Device Type Manager)- naacutestroj pro konfiguraci a spraacutevu zařiacutezeniacute

Komunikačniacute modul MTQ22

O komunikaci mezi UMC a PC se staraacute modul MTQ22 V software vytvořeneacutem pomociacute

vyacutevojoveacuteho prostřediacute LabVIEW lze sledovat aktuaacutelniacute měřeneacute veličiny zobrazenaacute varovaacuteniacute

poruchovyacutech stavů informace o stavu vstupů a vyacutestupů apod

Napaacutejeciacute zdroj

Napaacutejeniacute modulů zajišťuje zdroj CP-D 2413A s regulaciacute vyacutestupniacuteho napětiacute Regulace je možnaacute

v rozpětiacute 24-28V DC Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute zdroje je umožněna z důvodu požadavku

přesneacuteho napětiacute 24V DC Vlivem zatiacuteženiacute (napaacutejeniacute UMC VI a DX) vyacutestupniacute napětiacute zdroje klesaacute

podle zatěžovaciacute charakteristiky přiacuteslušneacuteho zdroje CP-D sloužiacute takeacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacutech

vstupů UMC

Ochranneacute funkce

UMC nenabiacuteziacute pouze možnost měřeniacute faacutezoveacuteho proudu ale takeacute řadu ochran při poruchovyacutech

stavech provozu Nejčastěji v praxi využiacutevanaacute ochrana je ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute kteraacute

je doprovaacutezena varovnou signalizaciacute nastaacutevajiacuteciacute poruchy

Ochrana motoru při proudoveacutem podtiacuteženiacute pracuje na obdobneacutem principu jako předchoziacute ochrana

Kontroleacuter monitoruje hladinu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu Při jeho poklesu pod nastavenou

uacuteroveň maximaacutelniacuteho dovoleneacuteho poklesu (udaacutevaneacute relativně v k jmenoviteacutemu In) dochaacuteziacute k

signalizaci chyby a odpojeniacute motoru od siacutetě

PTC ochrana spočiacutevaacute v hliacutedaacuteniacute teploty statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru pomociacute PTC

termistoru V našem přiacutepadě je použito lineaacuterniacuteho potenciometru kdy se zvyšujiacuteciacutem se odporem

potenciometru simulujeme zvyšujiacuteciacute se teplotu statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru

Při ztraacutetě některeacute napaacutejeciacute faacuteze motoru dochaacuteziacute k okamžiteacutemu blokovaacuteniacute startu motoru

Ochrana sledu faacuteziacute zajistiacute spraacutevneacute zapojeniacute vodičů L1 L2 a L3 ktereacute je slučitelneacute s nastaveniacutem v

UMC

Vlivem přerušovaneacuteho provozu např S3 kdy nedochaacuteziacute v době klidu a odpojeniacute motoru k

poklesu teploty na teplotu okoliacute může vybavit Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute - Thermal

Overload Protection (TOL)

Zablokovaniacute rotoru byacutevaacute způsobeno přiacuteliš vysokyacutem zaacutetěžnyacutem momentem Mz na hřiacutedeli motoru

nebo mechanickou poruchou Kontroleacuter je při startu schopen detekovat tento stav

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 52

62 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute uacutelohy a scheacutema zapojeniacute panelu

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 53

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 54

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha

Štiacutetek použiteacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 64 Štiacutetek motoru

63 Popis scheacutematu zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

Na vstupniacute svorky s označeniacutem VSTUP (L1 L2 L3 N PE) jsou přivedeny přiacuteslušneacute vodiče

z pracovniacuteho stolu Hlavniacute 16A jistič s vypiacutenaciacute charakteristikou typu C sloužiacute pro jištěniacute siloveacute

čaacutesti obvodu Pro jištěniacute napaacutejeciacuteho zdroje CP-D sloužiacute tavnaacute pojistka 2T250V Napěťoveacute

vstupy na modul VI150 jsou jištěny tavnou pojistkou F125250V Posuvnyacute potenciometr

umiacutestěnyacute na faacutezoveacutem vodiči L1 sloužiacute k demonstraci ochrany při faacutezoveacute nesymetrii

Komunikačniacute modul MTQ22 zajišťuje komunikaci mezi UMC a PC kdy prostřednictviacutem

Ethernetoveacute siacutetě jsme schopni čiacutest měřeneacute veličiny

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 55

64 Pracovniacute postup

1 Seznamte se s kontroleacuterem UMC100 a ostatniacutemi komponenty použityacutemi pro laboratorniacute

uacutelohu a se scheacutematem zapojeniacute uacutelohy

2 Připojte elektromotor a vstupniacute svorky na přiacuteslušneacute zdiacuteřky Před připojeniacutem vyacutekonoveacuteho

potenciometru ověřte měřeniacutem jeho minimaacutelniacute a maximaacutelniacute hodnotu odporu a

poznamenejte si je

3 Připojte potenciometr na určeneacute zdiacuteřky označeneacute čiacutesly 1 a 2 a nastavte hodnotu odporu

4 Po kontrole zapojeniacute vyučujiacuteciacutem zapněte pracoviště a nastavte autotransformaacutetor na 100

vyacutestupniacuteho napětiacute Zapněte hlavniacute jistič Kontrola a nastaveniacute komunikace mezi UMC

DX a VI

Nastaveniacute Komunikace se provede přes LCD displej naacutesledujiacuteciacutem způsobem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on

5 Stiskem tlačiacutetka VPŘED nebo VZAD na panelu uvedeme motor do chodu Pro přechod

z jednoho směru do druheacuteho je nutneacute nejprve zastavit motor tlačiacutetkem STOP Při

zastaveniacute je kontroleacuterem motor blokovaacuten po dobu 3s před dalšiacutem spuštěniacutem z důvodu

doběhu motoru Pohybem tlačiacutetek nahoru dolů pomociacute LCD v hlavniacute nabiacutedce - UMC -

můžeme sledovat aktuaacutelniacute proud motoru sdruženeacute napětiacute odebiacuteranyacute přiacutekon ze siacutetě

uacutečiniacutekhellip

6 Při provaacuteděniacute uacutelohy na brzdě (dynamometru) ověřte funkci ochrany při zablokovaacuteniacute

rotoru funkci ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a proudoveacutem přetiacuteženiacute

7 Při vybaveniacute každeacute z ochran zaznamenejte hodnotu kdy vypnula Před novyacutem startem je

důležiteacute přečiacutest zaacuteznam důvodu poruchy a proveacutest reset na panelu UMC100-PAN jinak je

START blokovaacuten

65 Měřeniacute

OCHRANA PŘED PŘEHŘAacuteTIacuteM MOTORU

Potenciometrem označenyacutem PTC je zvyšovaacutena hodnotu odporu do okamžiku kdy dojde

k odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě zapůsobeniacutem PTC ochrany Hodnota odporu potenciometru

při vybaveniacute ochrany je určena měřeniacutem na 341kΩ Odpoviacutedajiacuteciacute hodnotu teploty motoru

odečteme z grafu a hodnoty odporu potenciometru při vypnutiacute

Do tabulky zapište změřenou hodnotu odporu potenciometru při vypnutiacute Při teacuteto hodnotě odporu

odečtěte teplotu motoru z grafu Ziacuteskanou teplotu porovnejte s vypočtenou teplotou motoru

Tabulka naměřenyacutech a vypočtenyacutech hodnot

R ϑg R0 ϑ

[Ω] [degC] [Ω] [degC]

3410 136 1320 13626

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 56

Vyacutepočet vychaacuteziacute ze vztahu pro zaacutevislost elektrickeacuteho odporu vodiče na teplotě

(651)

kde

(652)

Po uacutepravě pak

α - teplotniacute součinitel elektrickeacuteho odporu (K-1

) (α = 001162 K-1

)

R0 - odpor potenciometru v zaacutekladniacute poloze

R - odpor potenciometru při vybaveniacute ochrany

ϑg - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute odečtenaacute z grafu

ϑ - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute ndash vypočtenaacute

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

R [

Ω]

ϑ [degC]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 57

Vinutiacute motoru je izolovaacuteno izolaciacute třiacutedy F (155)

Třiacuteda izolace A E B F H

Okolniacute teplota [degC] 40 40 40 40 40

Povolenyacute naacuterůst teploty [degC] 60 75 80 105 125

Teplotniacute rezerva 5 5 10 10 15

Konečnaacute teplota 105 120 130 155 180

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru [12]

OCHRANA PŘED NESPRAacuteVNYacuteM SLEDEM FAacuteZIacute

Nedodrženiacutem sledu napaacutejeciacutech faacutezovyacutech vodičů (zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů svorek L2 a L3)

jak je nastaveno v UMC provaacutediacute napěťovyacute modul blokaci startu motoru V tomto přiacutepadě

vybavuje neprodleně ochrana sledu faacuteziacute ndashPhase sequence Funkci zaznamenejte do protokolu

OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII

Zvyšovaacuteniacutem odporu vyacutekonoveacuteho potenciometru zapojeneacuteho ve faacutezi L1 (viz scheacutema zapojeniacute

uacutelohy) dochaacuteziacute k simulaci faacutezoveacute nesymetrie siacutetě Motor je odpojen v okamžiku kdy poklesne

hodnota sdruženeacuteho napětiacute mezi faacutezemi L3 a L1 přibližně na hodnotu Us = 380V Velikost

odporu při vybaveniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii činiacute 101Ω Hodnotu nesymetrie zaznamenejte

do protokolu

OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE

Ztraacuteta faacuteze se realizuje pomociacute spiacutenače v pracovniacutem stole kdy odpojiacuteme napaacutejeciacute faacutezi Změřte

čas od odpojeniacute faacuteze L2 do vybaveniacute ochrany při ztraacutetě faacuteze a poznamenejte do protokolu

66 Demonstrace ochran při použitiacute dynamometru

OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU

K testu ochrany při zablokovaacuteniacute rotoru posloužiacute dynamometr jehož hřiacutedel je spojenaacute se hřiacutedeliacute

asynchronniacuteho motoru pomociacute spojky Hřiacutedel dynamometru je poteacute mechanicky zablokovaacutena

Stiskem přiacuteslušneacuteho tlačiacutetka je proveden start motoru a sledovaacuten proud při odpojeniacute motoru od

siacutetě a čas odpojeniacute Proud při vybaveniacute ochrany při mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru dosaacutehl

hodnoty 1978A což odpoviacutedaacute 582In

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute ndash (High current protection)

Pro simulaci proudoveacuteho přetiacuteženiacute maacuteme nastavenou hodnotu odebiacuteraneacuteho proudu na 130 pro

odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě Snižovaacuteniacutem jmenovityacutech otaacuteček motoru pomociacute dynamometru

(bržděniacutem tzn n rarr 0) dochaacuteziacute k naacuterůstu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu I Odpojeniacute nastalo při

odebiacuteraneacutem proudu 447A Nastaveneacute hodnotě (13In ) naacuteležiacute proud 442A Tiacutem lze konstatovat

že vyacutesledek měřeniacute je srovnatelnyacute s hodnotami uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute

Stav proudoveacuteho podtiacuteženiacute nedostatečneacuteho proudoveacuteho zatiacuteženiacute použiacutevanyacute zejmeacutena u čerpadel

je simulovaacuten pomociacute dynamometru kdy je nastavenaacute hodnota poklesu aktuaacutelniacuteho proudu na

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 58

085In a čas odpojeniacute od siacutetě na 10s Po roztočeniacute a zatiacuteženiacute motoru na hodnotu jmenoviteacuteho

proudu jsou pomociacute dynamometru zvyšovaacuteny otaacutečky motoru n Tento proces maacute za naacutesledek

snižovaacuteniacute aktuaacutelniacuteho proteacutekaneacuteho proudu I kdy motor ztraacuteciacute zatiacuteženiacute Nastaveneacute hodnotě

podtiacuteženiacute odpoviacutedaacute aktuaacutelniacute proud 289A Při dosaženiacute teacuteto uacuterovně je spuštěn odpočet a motor za

10s odpojen

67 Vyhodnoceniacute a zaacutevěr

Vyacutesledkem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute technologiiacute pro diagnostiku

veličin při chodu trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru Při demonstračniacute simulaci ochran byly

dosaženy naacutesledujiacuteciacute vyacutesledky PTC ochrana vybavuje při hodnotě odporu 341kΩ Tato hodnota

odpoviacutedaacute teplotě ϑg = 136degC odečteneacute z grafu Vypočtenaacute teplota ϑ = 13626degC Vyacuterobce uvaacutediacute

zapůsobeniacute ochrany při hodnotě odporu v rozsahu 34-38kΩ Zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů L2 a

L3 proběhla okamžitaacute blokace spuštěniacute motoru Faacutezovaacute nesymetrie vybavila při poklesu napětiacute o

5 Ztraacutetou napaacutejeciacute faacuteze proběhlo odpojeniacute motoru v čase t = 15s Čas odpojeniacute odpoviacutedaacute třiacutedě

přetiacuteženiacute 5E kteraacute je nastavena

Při testu za použitiacute dynamometru bylo zjištěno že při zablokovaneacutem rotoru motoru zapůsobil

kontroleacuter při nastaveneacutem přetiacuteženiacute 3In Teacuteto hodnotě naacuteležiacute proud 102A Jelikož je nastavena

třiacuteda přetiacuteženiacute 5E ktereacute naacuteležiacute interval 15s a poteacute odpojeniacute motoru tak během tohoto okamžiku

vzrostla hodnota proudu na 1978A což odpoviacutedaacute 582In Při proudoveacutem přetiacuteženiacute odpoviacutedaly

vyacutesledky měřeniacute nastaveneacute hodnotě přetiacuteženiacute 13In Ve stavu proudoveacuteho podtiacuteženiacute zapůsobila

ochrana spraacutevně dle nastaveneacuteho poklesu proudu na 085In

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 39: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 39

35 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

Princip ochrany

Je-li poměr nejnižšiacuteho proudu (Imin) a nejvyššiacuteho proudu (Imax) ve faacuteziacutech nad nastavenou

uacuterovniacute pro varovaacuteniacute sepne signalizace ztraacutety faacuteze Jakmile ovšem tento poměr překročiacute

nastavenou hodnotu pro odpojeniacute motoru sepne zpožděniacute vypnutiacute a podle nastaveneacute třiacutedy

přetiacuteženiacute motor po uplynutiacute časoveacuteho intervalu odpojiacute

Funkce faacutezoveacute nesymetrie je aktivniacute pouze tehdy je-li proud ve všech třech faacuteziacutech gt 25 In

(jmenoviteacuteho proudu) [1]

Naacutesledujiacuteciacute rovnice představuje vyacutepočet procentuaacutelniacuteho poměru proudu pro vypnutiacute motoru při

uacuteplneacute ztraacutetě faacuteze

(

)

36 Ochrana sledu faacuteziacute

Ochrana sledu faacuteziacute hliacutedaacute zejmeacutena spraacutevnyacute směr otaacutečeniacute motoru Důležiteacute pro použitiacute teacuteto

ochrany je miacutesto zapojeniacute napěťoveacuteho modulu VI15x Pokud by byl modul zapojen za stykači

nastala by chyba při reverzniacutem zapojeniacute Na stykačiacutech dochaacuteziacute zapojeniacutem k zaacuteměně dvou

faacutezovyacutech vodičů a tiacutem i změně směru otaacutečeniacute motoru UMC s pomociacute VI150 vyhodnotiacute situaci

jako chybovou a vypne motor Napěťovyacute modul se tedy zpravidla umiacutesťuje hned za hlavniacute jistiacuteciacute

prvek viz Obr 44

37 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Jedno z největšiacutech nebezpečiacute pro motor představuje ztraacuteta jedneacute napaacutejeciacute faacuteze Chod na 2

napaacutejeciacute faacuteze zatěžuje motor na tepelneacute uacutečinky proudu vlivem zvyacutešeniacute proudu ve zbylyacutech 2

faacuteziacutech UMC100 v tomto přiacutepadě vypiacutenaacute motor podle předem stanovenyacutech časovyacutech intervalů

Intervaly vypnutiacute jsou stejneacute jako pro ochranu proti proudoveacutemu přetiacuteženiacute (Tab 32) a

odpoviacutedajiacute nastaveneacute třiacutedě přetiacuteženiacute Tuto ochranu dřiacuteve zajišťovalo tepelneacute releacute ktereacute v tomto

přiacutepadě nemusiacute byacutet použito

38 PTC ochrana

381 Termistor

Termistor je polovodičovyacute nelineaacuterniacute dvojpoacutel jehož odpor se měniacute v zaacutevislosti na teplotě

prostřediacute ve ktereacutem pracuje Jeho vyacutehodou je že velmi rychle a citlivě reaguje na změnu teploty

Rozlišujeme zpravidla 2 druhy termistorů

1 NTC (Negative Temperature Coefficient) - termistor se zaacutepornyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou klesaacute jeho odpor (roste elektrickaacute vodivost a proud)

2 PTC (Positive Temperature Coefficient) ndash termistor s kladnyacutem teplotniacutem součinitelem

odporu kdy s rostouciacute teplotou jeho odpor roste

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 40

Obr 38 Zaacutevislost odporu termistoru na teplotě

Použitiacute termistorů

NTC termistory se použiacutevajiacute zpravidla k měřeniacute teploty PTC se nejčastěji využiacutevaacute

v kuchyňskyacutech spotřebičiacutech kde je požadovaacutena konstantniacute teplota v termostatech a pro hliacutedaacuteniacute

teploty vinutiacute motorů

382 Princip PTC ochrany v UMC

Ochrana obecně spadaacute do skupiny proudově nezaacutevislyacutech ochran Pro připojeniacute PTC

termistoru sloužiacute na UMC100 svorky s označeniacutem T1 a T2 PTC zvyšuje svůj odpor s rostouciacute

teplotou proto je možneacute ho použiacutet pro hliacutedaacuteniacute teploty např vinutiacute statoru UMC je schopneacute

vyhodnotit tuto změnu odporu a vydaacute signaacutel k odpojeniacute motoru od siacutetě [7]

39 Ochrana při zemniacutem spojeniacute

Ochrana při zemniacutem spojeniacute spočiacutevaacute v ochraně motoru siacutetě a technologie při nežaacutedouciacutech

vlivech způsobenyacutech zejmeacutena staacuternutiacutem izolace a jejiacutem zhoršenyacutem izolačniacutem uacutečinkem

Naacutesledkem přetěžovaacuteniacute vedeniacute vlhkostiacute kondenzaciacute vody v elektrickeacutem zařiacutezeniacute nebo vrstvou

vodiveacuteho prachu jsou praacutevě zhoršeneacute vlastnosti izolačniacuteho materiaacutelu To vede k nechtěneacutemu

zemniacutemu spojeniacute Zemniacute spojeniacute je monitorovaacuteno pomociacute UMC spolu se zařiacutezeniacutem CEM11 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 41

DEMONSTRAČNIacute PŘIacutePRAVEK 4

41 Naacutevrh přiacutepravku

Pro demonstraci UMC100 a dalšiacutech prvků řady produktů od společnosti ABB sro byl

navržen přiacutepravek pomociacute software AutoCAD a Inventor Professional kteryacute byl poteacute zrealizovaacuten

a oživen Nosnaacute konstrukce (Obr 41) je vyrobena z jӓckelu o rozměru 25x25mm

Obr 41 Nosnaacute konstrukce

Čelniacute panel tvořiacute plech s rozměry 500x400mm a tloušťky 2mm Plech je osazen

rozvaděčovyacutemi kanaacutely 25x60mm a všemi potřebnyacutemi komponentami pro realizaci zapojeniacute

Vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho panelu s otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky a ovlaacutedaciacute tlačiacutetka motoru je na

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

Seznam použityacutech komponent Vyacuterobce

3-poacutelovyacute jistič C16 OEZ

Pojistkoveacute pouzdro RSP 4 Elektro Bečov

Komunikačniacute modul MTQ22-FBP ABB

Motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP ABB

Napěťovyacute modul VI150-FBP ABB

Rozšiřovaciacute modul DX122-FBP ABB

Ministykač LC1K09(LC1K12) Schneider Electric

Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A ABB

Rozvaděčovyacute kanaacutel 25x60mm KOPOS

Přiacutestrojoveacute zdiacuteřky 4mm do panelu AMASS

Tlačiacutetka do panelu 250V1A JIETONG

Tab 41 Seznam použityacutech komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 42

Pro konstrukci je důležiteacute aby navrženyacute panel rozměrově odpoviacutedal všem potřebnyacutem přiacutestrojům

a modulům Pro tuto přiacuteležitost je pomociacute software AutoCAD vytvořen vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho

panelu Obr 43 kteryacute je konstruovaacuten

Navrženyacute nosnyacute plech tloušťky 2mm na ktereacutem jsou umiacutestěny veškereacute komponenty Obr 42

Ve vrchniacute polovině plechu jsou vyvrtaacuteny otvory o průměru 4mm sloužiacuteciacute pro uchyceniacute

rozvaděčoveacuteho kanaacutelu a DIN lišty Ve středniacute čaacutesti plechu jsou 4 průvlečneacute otvory určeneacute k

průchodu vodičů ze zadniacute čaacutesti plechu (od napaacutejeciacutech svorek) do rozvaděčoveacuteho kanaacutelu na straně

předniacute Pro tuto potřebu jsou stejneacute otvory vyvrtaacuteny takeacute do dna kanaacutelu Ve spodniacute čaacutesti jsou

otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky pomociacute kteryacutech je zajištěno napaacutejeniacute panelu a poteacute napaacutejeniacute motoru

a 3 otvory na ovlaacutedaciacute tlačiacutetka k zajištěniacute ovlaacutedaacuteniacute motoru Uchyceniacute plechu k nosneacute konstrukci

je provedeno samořeznyacutemi šroubky M5 v roziacutech plechu

Obr 42 Naacutevrh plechu panelu

Vyacutekres plechu s udaacuteniacutem koacutet je obsažen v přiacuteloze praacutece viz Obr 01

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 43

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 44

42 Scheacutema zapojeniacute přiacutepravku

Demonstračniacute panel je uzpůsoben pro reverzniacute chod trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 44 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho přiacutepravku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 45

43 Vyacuteslednyacute přiacutepravek

Vyacuteslednyacute osazenyacute a zapojenyacute přiacutepravek určenyacute pro laboratorniacute uacutelohu doplněnyacute vhodnyacutemi

štiacutetky pro ovlaacutedaacuteniacute a zapojeniacute napaacutejeciacute siacutetě (VSTUP) a motoru (VYacuteSTUP)

Obr 45 Demonstračniacute přiacutepravek

Zadniacute čaacutest panelu s izolovaacuteniacutem konektorů FASTON pomociacute teplem smrštitelneacute bužiacuterky před

nebezpečnyacutem dotykem živeacute čaacutesti

Obr 46 Zadniacute pohled

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 46

44 Demonstračniacute kufr pro ABB

Pro společnost ABB sro byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 prezentujiacuteciacute

jeho možnosti Zaacutekladniacutem požadavkem naacutevrhu bylo řešeniacute pomociacute jednofaacutezoveacuteho napaacutejeniacute

Jelikož UMC100 je uzpůsobeno pro chod trojfaacutezovyacutech motorů je použit frekvenčniacute měnič

ACS50 kteryacute nabiacuteziacute při napaacutejeniacute pomociacute jednofaacutezoveacute siacutetě na sveacutem vyacutestupu napětiacute 3x230V50Hz

Pro digitaacutelniacute vstupy UMC100 a rozšiřovaciacuteho modulu DX111 je navrženo použitiacute dvoupoacutelovyacutech

paacutečkovyacutech přepiacutenačů s funkciacute (ON)-OFF-ON s napětiacutem 24V DC K signalizaci aktivniacutech vstupů

a vyacutestupů je navrženo použitiacute zelenyacutech signaacutelek Ovlaacutedaciacute panel kufru obsahuje spiacutenače pro

simulaci ztraacutety napaacutejeciacute faacuteze motoru potenciometr k simulaci faacutezoveacute nesymetrie daacutele červenou

signaacutelku pro signalizaci poruchovyacutech stavů a žlutou pro chod motoru Všechny přepiacutenače a

signaacutelky jsou přiacutestupneacute uživateli prostřednictviacutem navrženeacuteho ovlaacutedaciacuteho panelu kteryacute současně

posloužiacute jako kryt kufru (Obr 02) Jelikož pro přenosnyacute kufr neniacute nejvhodnějšiacute použitiacute

asynchronniacuteho motoru je proto použit 6-poacutelovyacute synchronniacute motor s přiacutekonem 23VA

vyacutestupniacutem vyacutekonem 105W a jmenovityacutem proudem 100mA

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 47

Obr 47 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho kufru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 48

SIMULACE OCHRAN 5Kapitola obsahuje soupis simulaciacute ochran ktereacute jsou demonstrovaacuteny v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jež se zabyacutevaacute problematikou UMC100 Z širokeacute škaacutely ochran jsou vybraacuteny 4 situace ktereacute

se v průmyslu často vyskytujiacute

51 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

K nasimulovaacuteniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii je použit posuvnyacute potenciometr kteryacute je

připojen na svorky (12) Pomociacute potenciometru bude snižovaacutena velikost napětiacute na přiacutevodniacute faacutezi

do motoru (L1) Pro demonstraci ochrany je použit napěťovyacute modul VI150 spolu s UMC100 Na

svorky modulu označeneacute (L1L2 a L3) jsou přivedeny faacuteze v uvedeneacutem sledu Při zvyšovaacuteniacute

odporu rezistoru ve faacutezi dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute napětiacute na přiacutevodniacute svorce (L1) vlivem rostouciacuteho

uacutebytku napětiacute na daneacutem rezistoru Je-li napěťovyacute modul propojen vodičem s UMC a je-li spraacutevně

nastaven UMC vyhodnotiacute po určiteacutem poklesu napětiacute a naacuterůstu proudu ve zbylyacutech dvou faacuteziacutech

(L2 a L3) jako chybovou a vybaviacute Nejprve bude vybaveno varovaacuteniacute a poteacute dojde k odpojeniacute

motoru

52 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze je motor vystaven vysokeacutemu riziku což většinou vede k jeho

zničeniacute Demonstrace ochrany proběhne uacuteplnyacutem odpojeniacutem napaacutejeciacute faacuteze L2 Pro vybaveniacute

ochrany neniacute zapotřebiacute aby byl motor v chodu neboť použitiacute napěťoveacuteho modulu VI150

detekuje nepřiacutetomnost napětiacute faacuteze a vybaviacute Při chodu motoru ochrana vybaviacute od 15s pro třiacutedu

5E a do 12s pro 40E podle nastaveneacute třiacutedy přetiacuteženiacute viz Tab 32 Princip funkce při chodu

motoru spočiacutevaacute v porovnaacuteniacute nejvyššiacute a nejnižšiacute naměřeneacute hodnoty faacutezoveacuteho proudu s

nastavenyacutemi uacuterovněmi Vyacutehodou je že signalizuje varovaacuteniacute ještě před samotnyacutem spuštěniacutem

motoru kdy může nastat stav že je přepaacutelena pojistka a obsluha toto nezaznamenala Mimo

přepaacuteleneacute pojistky se může takeacute jednat o uvolněnyacute nebo opotřebenyacute kontakt

53 Ochrana sledu faacuteziacute

Pro spraacutevnyacute chod motoru a diagnostiku pomociacute kontroleacuteru s použitiacutem napěťoveacuteho modulu je

zapotřebiacute dodržet sled faacuteziacute tzn Faacutezovyacute vodič L1rarrsvorka L1 L2 rarrsvorka L3 a L3rarrsvorka L3

Při zaacuteměně některyacutech faacutezovyacutech vodičů neprodleně vybaviacute ochrana sledu faacuteziacute a neniacute dovoleno

spuštěniacute motoru do okamžiku dokud neniacute obsluhou tento probleacutem vyřešen

54 PTC ochrana

Pro vyhodnocovaacuteniacute teploty vinutiacute statoru motoru sloužiacute termistor PTC Při zvyacutešeniacute teploty

nastaacutevaacute zvyacutešeniacute odporu termistoru (viz Obr 38) a motor odpojiacute Udaacutevanaacute odezva UMC na

změnu odporu je v rozmeziacute R = 34-38kΩ

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 49

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany

Z důvodu ochrany motoru neniacute vhodneacute vystavovat motor zvyacutešeneacute teplotě pro nastiacuteněniacute funkce

PTC ochrany Pro tento uacutečel posloužiacute zhotovenyacute box osazenyacute lineaacuterniacutem potenciometrem

s hodnotou odporu 25kΩ jemuž jsou předřazeny odpory 1kΩ a 330Ω

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 50

LABORATORNIacute UacuteLOHA 6

61 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100

Uacutekolem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute řiacutediacuteciacute a kontrolniacute jednotkou pro

provoz trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru UMC100

Motorovyacute kontroleacuter nabiacuteziacute 3 releacuteoveacute vyacutestupy Tyto vyacutestupy jsou připojitelneacute na napětiacute 230V AC s

maximaacutelniacutem proudem 1A Releacuteoveacute vyacutestupy sloužiacute zejmeacutena pro připojeniacute budiacuteciacutech ciacutevek stykačů

Hlavniacute vstupy jsou tvořeny seacuteriiacute svorek jež je umiacutestěnaacute ve spodniacute čaacutesti kontroleacuteru Svorky nesou

označeniacute (DI0 DI1 hellip DI5) Tyto digitaacutelniacute vstupy pracujiacute s napětiacutem 24V DC a sloužiacute pro

připojeniacute ovlaacutedaciacutech tlačiacutetek jako start motoru stop motoru reverzaci rozběh hvězda-trojuacutehelniacutek

nebo např použitiacute vstupu pro koncovyacute spiacutenač pro připojeniacute pomocnyacutech kontaktů stykačů či

funkci aktuaacutetor kdy je ovlaacutedaacuten pohon ventilu Vše podle nastaveniacute uživatele a pracovniacuteho

procesu Vedle hlavniacutech vstupniacutech kontaktů se nachaacuteziacute takeacute jeden vyacutestupniacute s označeniacutem (DO3)

Tento digitaacutelniacute vyacutestup lze využiacutet k připojeniacute 24V DC signalizačniacute kontrolky pro chybovaacute hlaacutešeniacute

modulu UMC100 nabiacuteziacute integrovanyacute vstup pro připojeniacute PTC termistoru Diacuteky PTC jsme

schopni hliacutedat teplotu statoroveacuteho vinutiacute a předejiacutet tiacutem zaacutevažneacutemu poškozeniacute motoru

Hlavniacute obvod

Měřeniacute proudu faacutezovyacutemi vodiči je řešeno pomociacute 3 průvlečnyacutech ok integrovanyacutech v modulu

Tato průvlečnaacute oka jsou měřiacuteciacutemi transformaacutetory proudu navinutyacutemi na toroidniacutem jaacutedře Diacuteky

těmto transformaacutetorům je kontroleacuter schopnyacute měřit proud v rozsahu 024 až 63A Pro vyššiacute

hodnoty proudů až 850A se použiacutevaacute externiacute proudovyacute transformaacutetor

Možnost rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru

UMC se v průmyslovyacutech aplikaciacutech nejčastěji použiacutevaacute s využitiacutem napěťoveacuteho a rozšiřovaciacuteho

(vstupně-vyacutestupniacuteho) modulu Pro laboratorniacute uacutelohu je použit napěťovyacute modul VI150 a

rozšiřovaciacute modul DX122 jenž jsou připojeny k UMC pomociacute UMCIO-CAB přes svorky

s označeniacutem Ca a Cb

Napěťovyacute modul VI150

K demonstraci kontroleacuteru je použit modul s označeniacutem VI150 Zařiacutezeniacute disponuje konektory pro

připojeniacute faacutezovyacutech vodičů (L1 L2 a L3) a je schopneacute měřit hodnotu sdruženeacuteho napětiacute siacutetě

S naměřenyacutemi hodnotami faacutezoveacuteho proudu pomociacute UMC dostaacutevaacuteme takeacute hodnotu faacutezoveacuteho

posuvu mezi napětiacutem a proudem tedy uacutečiniacuteku cos φ Z těchto naměřenyacutech parametrů vypočiacutetaacute

řiacutediacuteciacute jednotka kontroleacuteru činnyacute přiacutekon Ovšem pro spraacutevnou detekci napětiacute je nutneacute dodržet

zapojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 51

Vstupně-vyacutestupniacute modul DX122

Modul umožňuje rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru o dalšiacutech 8 digitaacutelniacutech vstupů na napětiacute 110-230V AC 4

releacuteoveacute vyacutestupy a 1 analogovyacute vyacutestup Pomociacute programu ABB Asset Vision Basic je možneacute

přiacutemeacute přiřazeniacute parametrů a programovaacuteniacute UMC100 a takeacute všech zařiacutezeniacute kteraacute jsou vybavena

DTM (Device Type Manager)- naacutestroj pro konfiguraci a spraacutevu zařiacutezeniacute

Komunikačniacute modul MTQ22

O komunikaci mezi UMC a PC se staraacute modul MTQ22 V software vytvořeneacutem pomociacute

vyacutevojoveacuteho prostřediacute LabVIEW lze sledovat aktuaacutelniacute měřeneacute veličiny zobrazenaacute varovaacuteniacute

poruchovyacutech stavů informace o stavu vstupů a vyacutestupů apod

Napaacutejeciacute zdroj

Napaacutejeniacute modulů zajišťuje zdroj CP-D 2413A s regulaciacute vyacutestupniacuteho napětiacute Regulace je možnaacute

v rozpětiacute 24-28V DC Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute zdroje je umožněna z důvodu požadavku

přesneacuteho napětiacute 24V DC Vlivem zatiacuteženiacute (napaacutejeniacute UMC VI a DX) vyacutestupniacute napětiacute zdroje klesaacute

podle zatěžovaciacute charakteristiky přiacuteslušneacuteho zdroje CP-D sloužiacute takeacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacutech

vstupů UMC

Ochranneacute funkce

UMC nenabiacuteziacute pouze možnost měřeniacute faacutezoveacuteho proudu ale takeacute řadu ochran při poruchovyacutech

stavech provozu Nejčastěji v praxi využiacutevanaacute ochrana je ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute kteraacute

je doprovaacutezena varovnou signalizaciacute nastaacutevajiacuteciacute poruchy

Ochrana motoru při proudoveacutem podtiacuteženiacute pracuje na obdobneacutem principu jako předchoziacute ochrana

Kontroleacuter monitoruje hladinu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu Při jeho poklesu pod nastavenou

uacuteroveň maximaacutelniacuteho dovoleneacuteho poklesu (udaacutevaneacute relativně v k jmenoviteacutemu In) dochaacuteziacute k

signalizaci chyby a odpojeniacute motoru od siacutetě

PTC ochrana spočiacutevaacute v hliacutedaacuteniacute teploty statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru pomociacute PTC

termistoru V našem přiacutepadě je použito lineaacuterniacuteho potenciometru kdy se zvyšujiacuteciacutem se odporem

potenciometru simulujeme zvyšujiacuteciacute se teplotu statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru

Při ztraacutetě některeacute napaacutejeciacute faacuteze motoru dochaacuteziacute k okamžiteacutemu blokovaacuteniacute startu motoru

Ochrana sledu faacuteziacute zajistiacute spraacutevneacute zapojeniacute vodičů L1 L2 a L3 ktereacute je slučitelneacute s nastaveniacutem v

UMC

Vlivem přerušovaneacuteho provozu např S3 kdy nedochaacuteziacute v době klidu a odpojeniacute motoru k

poklesu teploty na teplotu okoliacute může vybavit Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute - Thermal

Overload Protection (TOL)

Zablokovaniacute rotoru byacutevaacute způsobeno přiacuteliš vysokyacutem zaacutetěžnyacutem momentem Mz na hřiacutedeli motoru

nebo mechanickou poruchou Kontroleacuter je při startu schopen detekovat tento stav

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 52

62 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute uacutelohy a scheacutema zapojeniacute panelu

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 53

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 54

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha

Štiacutetek použiteacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 64 Štiacutetek motoru

63 Popis scheacutematu zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

Na vstupniacute svorky s označeniacutem VSTUP (L1 L2 L3 N PE) jsou přivedeny přiacuteslušneacute vodiče

z pracovniacuteho stolu Hlavniacute 16A jistič s vypiacutenaciacute charakteristikou typu C sloužiacute pro jištěniacute siloveacute

čaacutesti obvodu Pro jištěniacute napaacutejeciacuteho zdroje CP-D sloužiacute tavnaacute pojistka 2T250V Napěťoveacute

vstupy na modul VI150 jsou jištěny tavnou pojistkou F125250V Posuvnyacute potenciometr

umiacutestěnyacute na faacutezoveacutem vodiči L1 sloužiacute k demonstraci ochrany při faacutezoveacute nesymetrii

Komunikačniacute modul MTQ22 zajišťuje komunikaci mezi UMC a PC kdy prostřednictviacutem

Ethernetoveacute siacutetě jsme schopni čiacutest měřeneacute veličiny

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 55

64 Pracovniacute postup

1 Seznamte se s kontroleacuterem UMC100 a ostatniacutemi komponenty použityacutemi pro laboratorniacute

uacutelohu a se scheacutematem zapojeniacute uacutelohy

2 Připojte elektromotor a vstupniacute svorky na přiacuteslušneacute zdiacuteřky Před připojeniacutem vyacutekonoveacuteho

potenciometru ověřte měřeniacutem jeho minimaacutelniacute a maximaacutelniacute hodnotu odporu a

poznamenejte si je

3 Připojte potenciometr na určeneacute zdiacuteřky označeneacute čiacutesly 1 a 2 a nastavte hodnotu odporu

4 Po kontrole zapojeniacute vyučujiacuteciacutem zapněte pracoviště a nastavte autotransformaacutetor na 100

vyacutestupniacuteho napětiacute Zapněte hlavniacute jistič Kontrola a nastaveniacute komunikace mezi UMC

DX a VI

Nastaveniacute Komunikace se provede přes LCD displej naacutesledujiacuteciacutem způsobem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on

5 Stiskem tlačiacutetka VPŘED nebo VZAD na panelu uvedeme motor do chodu Pro přechod

z jednoho směru do druheacuteho je nutneacute nejprve zastavit motor tlačiacutetkem STOP Při

zastaveniacute je kontroleacuterem motor blokovaacuten po dobu 3s před dalšiacutem spuštěniacutem z důvodu

doběhu motoru Pohybem tlačiacutetek nahoru dolů pomociacute LCD v hlavniacute nabiacutedce - UMC -

můžeme sledovat aktuaacutelniacute proud motoru sdruženeacute napětiacute odebiacuteranyacute přiacutekon ze siacutetě

uacutečiniacutekhellip

6 Při provaacuteděniacute uacutelohy na brzdě (dynamometru) ověřte funkci ochrany při zablokovaacuteniacute

rotoru funkci ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a proudoveacutem přetiacuteženiacute

7 Při vybaveniacute každeacute z ochran zaznamenejte hodnotu kdy vypnula Před novyacutem startem je

důležiteacute přečiacutest zaacuteznam důvodu poruchy a proveacutest reset na panelu UMC100-PAN jinak je

START blokovaacuten

65 Měřeniacute

OCHRANA PŘED PŘEHŘAacuteTIacuteM MOTORU

Potenciometrem označenyacutem PTC je zvyšovaacutena hodnotu odporu do okamžiku kdy dojde

k odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě zapůsobeniacutem PTC ochrany Hodnota odporu potenciometru

při vybaveniacute ochrany je určena měřeniacutem na 341kΩ Odpoviacutedajiacuteciacute hodnotu teploty motoru

odečteme z grafu a hodnoty odporu potenciometru při vypnutiacute

Do tabulky zapište změřenou hodnotu odporu potenciometru při vypnutiacute Při teacuteto hodnotě odporu

odečtěte teplotu motoru z grafu Ziacuteskanou teplotu porovnejte s vypočtenou teplotou motoru

Tabulka naměřenyacutech a vypočtenyacutech hodnot

R ϑg R0 ϑ

[Ω] [degC] [Ω] [degC]

3410 136 1320 13626

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 56

Vyacutepočet vychaacuteziacute ze vztahu pro zaacutevislost elektrickeacuteho odporu vodiče na teplotě

(651)

kde

(652)

Po uacutepravě pak

α - teplotniacute součinitel elektrickeacuteho odporu (K-1

) (α = 001162 K-1

)

R0 - odpor potenciometru v zaacutekladniacute poloze

R - odpor potenciometru při vybaveniacute ochrany

ϑg - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute odečtenaacute z grafu

ϑ - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute ndash vypočtenaacute

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

R [

Ω]

ϑ [degC]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 57

Vinutiacute motoru je izolovaacuteno izolaciacute třiacutedy F (155)

Třiacuteda izolace A E B F H

Okolniacute teplota [degC] 40 40 40 40 40

Povolenyacute naacuterůst teploty [degC] 60 75 80 105 125

Teplotniacute rezerva 5 5 10 10 15

Konečnaacute teplota 105 120 130 155 180

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru [12]

OCHRANA PŘED NESPRAacuteVNYacuteM SLEDEM FAacuteZIacute

Nedodrženiacutem sledu napaacutejeciacutech faacutezovyacutech vodičů (zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů svorek L2 a L3)

jak je nastaveno v UMC provaacutediacute napěťovyacute modul blokaci startu motoru V tomto přiacutepadě

vybavuje neprodleně ochrana sledu faacuteziacute ndashPhase sequence Funkci zaznamenejte do protokolu

OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII

Zvyšovaacuteniacutem odporu vyacutekonoveacuteho potenciometru zapojeneacuteho ve faacutezi L1 (viz scheacutema zapojeniacute

uacutelohy) dochaacuteziacute k simulaci faacutezoveacute nesymetrie siacutetě Motor je odpojen v okamžiku kdy poklesne

hodnota sdruženeacuteho napětiacute mezi faacutezemi L3 a L1 přibližně na hodnotu Us = 380V Velikost

odporu při vybaveniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii činiacute 101Ω Hodnotu nesymetrie zaznamenejte

do protokolu

OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE

Ztraacuteta faacuteze se realizuje pomociacute spiacutenače v pracovniacutem stole kdy odpojiacuteme napaacutejeciacute faacutezi Změřte

čas od odpojeniacute faacuteze L2 do vybaveniacute ochrany při ztraacutetě faacuteze a poznamenejte do protokolu

66 Demonstrace ochran při použitiacute dynamometru

OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU

K testu ochrany při zablokovaacuteniacute rotoru posloužiacute dynamometr jehož hřiacutedel je spojenaacute se hřiacutedeliacute

asynchronniacuteho motoru pomociacute spojky Hřiacutedel dynamometru je poteacute mechanicky zablokovaacutena

Stiskem přiacuteslušneacuteho tlačiacutetka je proveden start motoru a sledovaacuten proud při odpojeniacute motoru od

siacutetě a čas odpojeniacute Proud při vybaveniacute ochrany při mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru dosaacutehl

hodnoty 1978A což odpoviacutedaacute 582In

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute ndash (High current protection)

Pro simulaci proudoveacuteho přetiacuteženiacute maacuteme nastavenou hodnotu odebiacuteraneacuteho proudu na 130 pro

odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě Snižovaacuteniacutem jmenovityacutech otaacuteček motoru pomociacute dynamometru

(bržděniacutem tzn n rarr 0) dochaacuteziacute k naacuterůstu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu I Odpojeniacute nastalo při

odebiacuteraneacutem proudu 447A Nastaveneacute hodnotě (13In ) naacuteležiacute proud 442A Tiacutem lze konstatovat

že vyacutesledek měřeniacute je srovnatelnyacute s hodnotami uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute

Stav proudoveacuteho podtiacuteženiacute nedostatečneacuteho proudoveacuteho zatiacuteženiacute použiacutevanyacute zejmeacutena u čerpadel

je simulovaacuten pomociacute dynamometru kdy je nastavenaacute hodnota poklesu aktuaacutelniacuteho proudu na

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 58

085In a čas odpojeniacute od siacutetě na 10s Po roztočeniacute a zatiacuteženiacute motoru na hodnotu jmenoviteacuteho

proudu jsou pomociacute dynamometru zvyšovaacuteny otaacutečky motoru n Tento proces maacute za naacutesledek

snižovaacuteniacute aktuaacutelniacuteho proteacutekaneacuteho proudu I kdy motor ztraacuteciacute zatiacuteženiacute Nastaveneacute hodnotě

podtiacuteženiacute odpoviacutedaacute aktuaacutelniacute proud 289A Při dosaženiacute teacuteto uacuterovně je spuštěn odpočet a motor za

10s odpojen

67 Vyhodnoceniacute a zaacutevěr

Vyacutesledkem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute technologiiacute pro diagnostiku

veličin při chodu trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru Při demonstračniacute simulaci ochran byly

dosaženy naacutesledujiacuteciacute vyacutesledky PTC ochrana vybavuje při hodnotě odporu 341kΩ Tato hodnota

odpoviacutedaacute teplotě ϑg = 136degC odečteneacute z grafu Vypočtenaacute teplota ϑ = 13626degC Vyacuterobce uvaacutediacute

zapůsobeniacute ochrany při hodnotě odporu v rozsahu 34-38kΩ Zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů L2 a

L3 proběhla okamžitaacute blokace spuštěniacute motoru Faacutezovaacute nesymetrie vybavila při poklesu napětiacute o

5 Ztraacutetou napaacutejeciacute faacuteze proběhlo odpojeniacute motoru v čase t = 15s Čas odpojeniacute odpoviacutedaacute třiacutedě

přetiacuteženiacute 5E kteraacute je nastavena

Při testu za použitiacute dynamometru bylo zjištěno že při zablokovaneacutem rotoru motoru zapůsobil

kontroleacuter při nastaveneacutem přetiacuteženiacute 3In Teacuteto hodnotě naacuteležiacute proud 102A Jelikož je nastavena

třiacuteda přetiacuteženiacute 5E ktereacute naacuteležiacute interval 15s a poteacute odpojeniacute motoru tak během tohoto okamžiku

vzrostla hodnota proudu na 1978A což odpoviacutedaacute 582In Při proudoveacutem přetiacuteženiacute odpoviacutedaly

vyacutesledky měřeniacute nastaveneacute hodnotě přetiacuteženiacute 13In Ve stavu proudoveacuteho podtiacuteženiacute zapůsobila

ochrana spraacutevně dle nastaveneacuteho poklesu proudu na 085In

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 40: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 40

Obr 38 Zaacutevislost odporu termistoru na teplotě

Použitiacute termistorů

NTC termistory se použiacutevajiacute zpravidla k měřeniacute teploty PTC se nejčastěji využiacutevaacute

v kuchyňskyacutech spotřebičiacutech kde je požadovaacutena konstantniacute teplota v termostatech a pro hliacutedaacuteniacute

teploty vinutiacute motorů

382 Princip PTC ochrany v UMC

Ochrana obecně spadaacute do skupiny proudově nezaacutevislyacutech ochran Pro připojeniacute PTC

termistoru sloužiacute na UMC100 svorky s označeniacutem T1 a T2 PTC zvyšuje svůj odpor s rostouciacute

teplotou proto je možneacute ho použiacutet pro hliacutedaacuteniacute teploty např vinutiacute statoru UMC je schopneacute

vyhodnotit tuto změnu odporu a vydaacute signaacutel k odpojeniacute motoru od siacutetě [7]

39 Ochrana při zemniacutem spojeniacute

Ochrana při zemniacutem spojeniacute spočiacutevaacute v ochraně motoru siacutetě a technologie při nežaacutedouciacutech

vlivech způsobenyacutech zejmeacutena staacuternutiacutem izolace a jejiacutem zhoršenyacutem izolačniacutem uacutečinkem

Naacutesledkem přetěžovaacuteniacute vedeniacute vlhkostiacute kondenzaciacute vody v elektrickeacutem zařiacutezeniacute nebo vrstvou

vodiveacuteho prachu jsou praacutevě zhoršeneacute vlastnosti izolačniacuteho materiaacutelu To vede k nechtěneacutemu

zemniacutemu spojeniacute Zemniacute spojeniacute je monitorovaacuteno pomociacute UMC spolu se zařiacutezeniacutem CEM11 [1]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 41

DEMONSTRAČNIacute PŘIacutePRAVEK 4

41 Naacutevrh přiacutepravku

Pro demonstraci UMC100 a dalšiacutech prvků řady produktů od společnosti ABB sro byl

navržen přiacutepravek pomociacute software AutoCAD a Inventor Professional kteryacute byl poteacute zrealizovaacuten

a oživen Nosnaacute konstrukce (Obr 41) je vyrobena z jӓckelu o rozměru 25x25mm

Obr 41 Nosnaacute konstrukce

Čelniacute panel tvořiacute plech s rozměry 500x400mm a tloušťky 2mm Plech je osazen

rozvaděčovyacutemi kanaacutely 25x60mm a všemi potřebnyacutemi komponentami pro realizaci zapojeniacute

Vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho panelu s otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky a ovlaacutedaciacute tlačiacutetka motoru je na

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

Seznam použityacutech komponent Vyacuterobce

3-poacutelovyacute jistič C16 OEZ

Pojistkoveacute pouzdro RSP 4 Elektro Bečov

Komunikačniacute modul MTQ22-FBP ABB

Motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP ABB

Napěťovyacute modul VI150-FBP ABB

Rozšiřovaciacute modul DX122-FBP ABB

Ministykač LC1K09(LC1K12) Schneider Electric

Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A ABB

Rozvaděčovyacute kanaacutel 25x60mm KOPOS

Přiacutestrojoveacute zdiacuteřky 4mm do panelu AMASS

Tlačiacutetka do panelu 250V1A JIETONG

Tab 41 Seznam použityacutech komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 42

Pro konstrukci je důležiteacute aby navrženyacute panel rozměrově odpoviacutedal všem potřebnyacutem přiacutestrojům

a modulům Pro tuto přiacuteležitost je pomociacute software AutoCAD vytvořen vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho

panelu Obr 43 kteryacute je konstruovaacuten

Navrženyacute nosnyacute plech tloušťky 2mm na ktereacutem jsou umiacutestěny veškereacute komponenty Obr 42

Ve vrchniacute polovině plechu jsou vyvrtaacuteny otvory o průměru 4mm sloužiacuteciacute pro uchyceniacute

rozvaděčoveacuteho kanaacutelu a DIN lišty Ve středniacute čaacutesti plechu jsou 4 průvlečneacute otvory určeneacute k

průchodu vodičů ze zadniacute čaacutesti plechu (od napaacutejeciacutech svorek) do rozvaděčoveacuteho kanaacutelu na straně

předniacute Pro tuto potřebu jsou stejneacute otvory vyvrtaacuteny takeacute do dna kanaacutelu Ve spodniacute čaacutesti jsou

otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky pomociacute kteryacutech je zajištěno napaacutejeniacute panelu a poteacute napaacutejeniacute motoru

a 3 otvory na ovlaacutedaciacute tlačiacutetka k zajištěniacute ovlaacutedaacuteniacute motoru Uchyceniacute plechu k nosneacute konstrukci

je provedeno samořeznyacutemi šroubky M5 v roziacutech plechu

Obr 42 Naacutevrh plechu panelu

Vyacutekres plechu s udaacuteniacutem koacutet je obsažen v přiacuteloze praacutece viz Obr 01

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 43

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 44

42 Scheacutema zapojeniacute přiacutepravku

Demonstračniacute panel je uzpůsoben pro reverzniacute chod trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 44 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho přiacutepravku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 45

43 Vyacuteslednyacute přiacutepravek

Vyacuteslednyacute osazenyacute a zapojenyacute přiacutepravek určenyacute pro laboratorniacute uacutelohu doplněnyacute vhodnyacutemi

štiacutetky pro ovlaacutedaacuteniacute a zapojeniacute napaacutejeciacute siacutetě (VSTUP) a motoru (VYacuteSTUP)

Obr 45 Demonstračniacute přiacutepravek

Zadniacute čaacutest panelu s izolovaacuteniacutem konektorů FASTON pomociacute teplem smrštitelneacute bužiacuterky před

nebezpečnyacutem dotykem živeacute čaacutesti

Obr 46 Zadniacute pohled

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 46

44 Demonstračniacute kufr pro ABB

Pro společnost ABB sro byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 prezentujiacuteciacute

jeho možnosti Zaacutekladniacutem požadavkem naacutevrhu bylo řešeniacute pomociacute jednofaacutezoveacuteho napaacutejeniacute

Jelikož UMC100 je uzpůsobeno pro chod trojfaacutezovyacutech motorů je použit frekvenčniacute měnič

ACS50 kteryacute nabiacuteziacute při napaacutejeniacute pomociacute jednofaacutezoveacute siacutetě na sveacutem vyacutestupu napětiacute 3x230V50Hz

Pro digitaacutelniacute vstupy UMC100 a rozšiřovaciacuteho modulu DX111 je navrženo použitiacute dvoupoacutelovyacutech

paacutečkovyacutech přepiacutenačů s funkciacute (ON)-OFF-ON s napětiacutem 24V DC K signalizaci aktivniacutech vstupů

a vyacutestupů je navrženo použitiacute zelenyacutech signaacutelek Ovlaacutedaciacute panel kufru obsahuje spiacutenače pro

simulaci ztraacutety napaacutejeciacute faacuteze motoru potenciometr k simulaci faacutezoveacute nesymetrie daacutele červenou

signaacutelku pro signalizaci poruchovyacutech stavů a žlutou pro chod motoru Všechny přepiacutenače a

signaacutelky jsou přiacutestupneacute uživateli prostřednictviacutem navrženeacuteho ovlaacutedaciacuteho panelu kteryacute současně

posloužiacute jako kryt kufru (Obr 02) Jelikož pro přenosnyacute kufr neniacute nejvhodnějšiacute použitiacute

asynchronniacuteho motoru je proto použit 6-poacutelovyacute synchronniacute motor s přiacutekonem 23VA

vyacutestupniacutem vyacutekonem 105W a jmenovityacutem proudem 100mA

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 47

Obr 47 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho kufru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 48

SIMULACE OCHRAN 5Kapitola obsahuje soupis simulaciacute ochran ktereacute jsou demonstrovaacuteny v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jež se zabyacutevaacute problematikou UMC100 Z širokeacute škaacutely ochran jsou vybraacuteny 4 situace ktereacute

se v průmyslu často vyskytujiacute

51 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

K nasimulovaacuteniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii je použit posuvnyacute potenciometr kteryacute je

připojen na svorky (12) Pomociacute potenciometru bude snižovaacutena velikost napětiacute na přiacutevodniacute faacutezi

do motoru (L1) Pro demonstraci ochrany je použit napěťovyacute modul VI150 spolu s UMC100 Na

svorky modulu označeneacute (L1L2 a L3) jsou přivedeny faacuteze v uvedeneacutem sledu Při zvyšovaacuteniacute

odporu rezistoru ve faacutezi dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute napětiacute na přiacutevodniacute svorce (L1) vlivem rostouciacuteho

uacutebytku napětiacute na daneacutem rezistoru Je-li napěťovyacute modul propojen vodičem s UMC a je-li spraacutevně

nastaven UMC vyhodnotiacute po určiteacutem poklesu napětiacute a naacuterůstu proudu ve zbylyacutech dvou faacuteziacutech

(L2 a L3) jako chybovou a vybaviacute Nejprve bude vybaveno varovaacuteniacute a poteacute dojde k odpojeniacute

motoru

52 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze je motor vystaven vysokeacutemu riziku což většinou vede k jeho

zničeniacute Demonstrace ochrany proběhne uacuteplnyacutem odpojeniacutem napaacutejeciacute faacuteze L2 Pro vybaveniacute

ochrany neniacute zapotřebiacute aby byl motor v chodu neboť použitiacute napěťoveacuteho modulu VI150

detekuje nepřiacutetomnost napětiacute faacuteze a vybaviacute Při chodu motoru ochrana vybaviacute od 15s pro třiacutedu

5E a do 12s pro 40E podle nastaveneacute třiacutedy přetiacuteženiacute viz Tab 32 Princip funkce při chodu

motoru spočiacutevaacute v porovnaacuteniacute nejvyššiacute a nejnižšiacute naměřeneacute hodnoty faacutezoveacuteho proudu s

nastavenyacutemi uacuterovněmi Vyacutehodou je že signalizuje varovaacuteniacute ještě před samotnyacutem spuštěniacutem

motoru kdy může nastat stav že je přepaacutelena pojistka a obsluha toto nezaznamenala Mimo

přepaacuteleneacute pojistky se může takeacute jednat o uvolněnyacute nebo opotřebenyacute kontakt

53 Ochrana sledu faacuteziacute

Pro spraacutevnyacute chod motoru a diagnostiku pomociacute kontroleacuteru s použitiacutem napěťoveacuteho modulu je

zapotřebiacute dodržet sled faacuteziacute tzn Faacutezovyacute vodič L1rarrsvorka L1 L2 rarrsvorka L3 a L3rarrsvorka L3

Při zaacuteměně některyacutech faacutezovyacutech vodičů neprodleně vybaviacute ochrana sledu faacuteziacute a neniacute dovoleno

spuštěniacute motoru do okamžiku dokud neniacute obsluhou tento probleacutem vyřešen

54 PTC ochrana

Pro vyhodnocovaacuteniacute teploty vinutiacute statoru motoru sloužiacute termistor PTC Při zvyacutešeniacute teploty

nastaacutevaacute zvyacutešeniacute odporu termistoru (viz Obr 38) a motor odpojiacute Udaacutevanaacute odezva UMC na

změnu odporu je v rozmeziacute R = 34-38kΩ

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 49

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany

Z důvodu ochrany motoru neniacute vhodneacute vystavovat motor zvyacutešeneacute teplotě pro nastiacuteněniacute funkce

PTC ochrany Pro tento uacutečel posloužiacute zhotovenyacute box osazenyacute lineaacuterniacutem potenciometrem

s hodnotou odporu 25kΩ jemuž jsou předřazeny odpory 1kΩ a 330Ω

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 50

LABORATORNIacute UacuteLOHA 6

61 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100

Uacutekolem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute řiacutediacuteciacute a kontrolniacute jednotkou pro

provoz trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru UMC100

Motorovyacute kontroleacuter nabiacuteziacute 3 releacuteoveacute vyacutestupy Tyto vyacutestupy jsou připojitelneacute na napětiacute 230V AC s

maximaacutelniacutem proudem 1A Releacuteoveacute vyacutestupy sloužiacute zejmeacutena pro připojeniacute budiacuteciacutech ciacutevek stykačů

Hlavniacute vstupy jsou tvořeny seacuteriiacute svorek jež je umiacutestěnaacute ve spodniacute čaacutesti kontroleacuteru Svorky nesou

označeniacute (DI0 DI1 hellip DI5) Tyto digitaacutelniacute vstupy pracujiacute s napětiacutem 24V DC a sloužiacute pro

připojeniacute ovlaacutedaciacutech tlačiacutetek jako start motoru stop motoru reverzaci rozběh hvězda-trojuacutehelniacutek

nebo např použitiacute vstupu pro koncovyacute spiacutenač pro připojeniacute pomocnyacutech kontaktů stykačů či

funkci aktuaacutetor kdy je ovlaacutedaacuten pohon ventilu Vše podle nastaveniacute uživatele a pracovniacuteho

procesu Vedle hlavniacutech vstupniacutech kontaktů se nachaacuteziacute takeacute jeden vyacutestupniacute s označeniacutem (DO3)

Tento digitaacutelniacute vyacutestup lze využiacutet k připojeniacute 24V DC signalizačniacute kontrolky pro chybovaacute hlaacutešeniacute

modulu UMC100 nabiacuteziacute integrovanyacute vstup pro připojeniacute PTC termistoru Diacuteky PTC jsme

schopni hliacutedat teplotu statoroveacuteho vinutiacute a předejiacutet tiacutem zaacutevažneacutemu poškozeniacute motoru

Hlavniacute obvod

Měřeniacute proudu faacutezovyacutemi vodiči je řešeno pomociacute 3 průvlečnyacutech ok integrovanyacutech v modulu

Tato průvlečnaacute oka jsou měřiacuteciacutemi transformaacutetory proudu navinutyacutemi na toroidniacutem jaacutedře Diacuteky

těmto transformaacutetorům je kontroleacuter schopnyacute měřit proud v rozsahu 024 až 63A Pro vyššiacute

hodnoty proudů až 850A se použiacutevaacute externiacute proudovyacute transformaacutetor

Možnost rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru

UMC se v průmyslovyacutech aplikaciacutech nejčastěji použiacutevaacute s využitiacutem napěťoveacuteho a rozšiřovaciacuteho

(vstupně-vyacutestupniacuteho) modulu Pro laboratorniacute uacutelohu je použit napěťovyacute modul VI150 a

rozšiřovaciacute modul DX122 jenž jsou připojeny k UMC pomociacute UMCIO-CAB přes svorky

s označeniacutem Ca a Cb

Napěťovyacute modul VI150

K demonstraci kontroleacuteru je použit modul s označeniacutem VI150 Zařiacutezeniacute disponuje konektory pro

připojeniacute faacutezovyacutech vodičů (L1 L2 a L3) a je schopneacute měřit hodnotu sdruženeacuteho napětiacute siacutetě

S naměřenyacutemi hodnotami faacutezoveacuteho proudu pomociacute UMC dostaacutevaacuteme takeacute hodnotu faacutezoveacuteho

posuvu mezi napětiacutem a proudem tedy uacutečiniacuteku cos φ Z těchto naměřenyacutech parametrů vypočiacutetaacute

řiacutediacuteciacute jednotka kontroleacuteru činnyacute přiacutekon Ovšem pro spraacutevnou detekci napětiacute je nutneacute dodržet

zapojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 51

Vstupně-vyacutestupniacute modul DX122

Modul umožňuje rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru o dalšiacutech 8 digitaacutelniacutech vstupů na napětiacute 110-230V AC 4

releacuteoveacute vyacutestupy a 1 analogovyacute vyacutestup Pomociacute programu ABB Asset Vision Basic je možneacute

přiacutemeacute přiřazeniacute parametrů a programovaacuteniacute UMC100 a takeacute všech zařiacutezeniacute kteraacute jsou vybavena

DTM (Device Type Manager)- naacutestroj pro konfiguraci a spraacutevu zařiacutezeniacute

Komunikačniacute modul MTQ22

O komunikaci mezi UMC a PC se staraacute modul MTQ22 V software vytvořeneacutem pomociacute

vyacutevojoveacuteho prostřediacute LabVIEW lze sledovat aktuaacutelniacute měřeneacute veličiny zobrazenaacute varovaacuteniacute

poruchovyacutech stavů informace o stavu vstupů a vyacutestupů apod

Napaacutejeciacute zdroj

Napaacutejeniacute modulů zajišťuje zdroj CP-D 2413A s regulaciacute vyacutestupniacuteho napětiacute Regulace je možnaacute

v rozpětiacute 24-28V DC Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute zdroje je umožněna z důvodu požadavku

přesneacuteho napětiacute 24V DC Vlivem zatiacuteženiacute (napaacutejeniacute UMC VI a DX) vyacutestupniacute napětiacute zdroje klesaacute

podle zatěžovaciacute charakteristiky přiacuteslušneacuteho zdroje CP-D sloužiacute takeacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacutech

vstupů UMC

Ochranneacute funkce

UMC nenabiacuteziacute pouze možnost měřeniacute faacutezoveacuteho proudu ale takeacute řadu ochran při poruchovyacutech

stavech provozu Nejčastěji v praxi využiacutevanaacute ochrana je ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute kteraacute

je doprovaacutezena varovnou signalizaciacute nastaacutevajiacuteciacute poruchy

Ochrana motoru při proudoveacutem podtiacuteženiacute pracuje na obdobneacutem principu jako předchoziacute ochrana

Kontroleacuter monitoruje hladinu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu Při jeho poklesu pod nastavenou

uacuteroveň maximaacutelniacuteho dovoleneacuteho poklesu (udaacutevaneacute relativně v k jmenoviteacutemu In) dochaacuteziacute k

signalizaci chyby a odpojeniacute motoru od siacutetě

PTC ochrana spočiacutevaacute v hliacutedaacuteniacute teploty statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru pomociacute PTC

termistoru V našem přiacutepadě je použito lineaacuterniacuteho potenciometru kdy se zvyšujiacuteciacutem se odporem

potenciometru simulujeme zvyšujiacuteciacute se teplotu statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru

Při ztraacutetě některeacute napaacutejeciacute faacuteze motoru dochaacuteziacute k okamžiteacutemu blokovaacuteniacute startu motoru

Ochrana sledu faacuteziacute zajistiacute spraacutevneacute zapojeniacute vodičů L1 L2 a L3 ktereacute je slučitelneacute s nastaveniacutem v

UMC

Vlivem přerušovaneacuteho provozu např S3 kdy nedochaacuteziacute v době klidu a odpojeniacute motoru k

poklesu teploty na teplotu okoliacute může vybavit Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute - Thermal

Overload Protection (TOL)

Zablokovaniacute rotoru byacutevaacute způsobeno přiacuteliš vysokyacutem zaacutetěžnyacutem momentem Mz na hřiacutedeli motoru

nebo mechanickou poruchou Kontroleacuter je při startu schopen detekovat tento stav

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 52

62 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute uacutelohy a scheacutema zapojeniacute panelu

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 53

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 54

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha

Štiacutetek použiteacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 64 Štiacutetek motoru

63 Popis scheacutematu zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

Na vstupniacute svorky s označeniacutem VSTUP (L1 L2 L3 N PE) jsou přivedeny přiacuteslušneacute vodiče

z pracovniacuteho stolu Hlavniacute 16A jistič s vypiacutenaciacute charakteristikou typu C sloužiacute pro jištěniacute siloveacute

čaacutesti obvodu Pro jištěniacute napaacutejeciacuteho zdroje CP-D sloužiacute tavnaacute pojistka 2T250V Napěťoveacute

vstupy na modul VI150 jsou jištěny tavnou pojistkou F125250V Posuvnyacute potenciometr

umiacutestěnyacute na faacutezoveacutem vodiči L1 sloužiacute k demonstraci ochrany při faacutezoveacute nesymetrii

Komunikačniacute modul MTQ22 zajišťuje komunikaci mezi UMC a PC kdy prostřednictviacutem

Ethernetoveacute siacutetě jsme schopni čiacutest měřeneacute veličiny

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 55

64 Pracovniacute postup

1 Seznamte se s kontroleacuterem UMC100 a ostatniacutemi komponenty použityacutemi pro laboratorniacute

uacutelohu a se scheacutematem zapojeniacute uacutelohy

2 Připojte elektromotor a vstupniacute svorky na přiacuteslušneacute zdiacuteřky Před připojeniacutem vyacutekonoveacuteho

potenciometru ověřte měřeniacutem jeho minimaacutelniacute a maximaacutelniacute hodnotu odporu a

poznamenejte si je

3 Připojte potenciometr na určeneacute zdiacuteřky označeneacute čiacutesly 1 a 2 a nastavte hodnotu odporu

4 Po kontrole zapojeniacute vyučujiacuteciacutem zapněte pracoviště a nastavte autotransformaacutetor na 100

vyacutestupniacuteho napětiacute Zapněte hlavniacute jistič Kontrola a nastaveniacute komunikace mezi UMC

DX a VI

Nastaveniacute Komunikace se provede přes LCD displej naacutesledujiacuteciacutem způsobem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on

5 Stiskem tlačiacutetka VPŘED nebo VZAD na panelu uvedeme motor do chodu Pro přechod

z jednoho směru do druheacuteho je nutneacute nejprve zastavit motor tlačiacutetkem STOP Při

zastaveniacute je kontroleacuterem motor blokovaacuten po dobu 3s před dalšiacutem spuštěniacutem z důvodu

doběhu motoru Pohybem tlačiacutetek nahoru dolů pomociacute LCD v hlavniacute nabiacutedce - UMC -

můžeme sledovat aktuaacutelniacute proud motoru sdruženeacute napětiacute odebiacuteranyacute přiacutekon ze siacutetě

uacutečiniacutekhellip

6 Při provaacuteděniacute uacutelohy na brzdě (dynamometru) ověřte funkci ochrany při zablokovaacuteniacute

rotoru funkci ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a proudoveacutem přetiacuteženiacute

7 Při vybaveniacute každeacute z ochran zaznamenejte hodnotu kdy vypnula Před novyacutem startem je

důležiteacute přečiacutest zaacuteznam důvodu poruchy a proveacutest reset na panelu UMC100-PAN jinak je

START blokovaacuten

65 Měřeniacute

OCHRANA PŘED PŘEHŘAacuteTIacuteM MOTORU

Potenciometrem označenyacutem PTC je zvyšovaacutena hodnotu odporu do okamžiku kdy dojde

k odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě zapůsobeniacutem PTC ochrany Hodnota odporu potenciometru

při vybaveniacute ochrany je určena měřeniacutem na 341kΩ Odpoviacutedajiacuteciacute hodnotu teploty motoru

odečteme z grafu a hodnoty odporu potenciometru při vypnutiacute

Do tabulky zapište změřenou hodnotu odporu potenciometru při vypnutiacute Při teacuteto hodnotě odporu

odečtěte teplotu motoru z grafu Ziacuteskanou teplotu porovnejte s vypočtenou teplotou motoru

Tabulka naměřenyacutech a vypočtenyacutech hodnot

R ϑg R0 ϑ

[Ω] [degC] [Ω] [degC]

3410 136 1320 13626

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 56

Vyacutepočet vychaacuteziacute ze vztahu pro zaacutevislost elektrickeacuteho odporu vodiče na teplotě

(651)

kde

(652)

Po uacutepravě pak

α - teplotniacute součinitel elektrickeacuteho odporu (K-1

) (α = 001162 K-1

)

R0 - odpor potenciometru v zaacutekladniacute poloze

R - odpor potenciometru při vybaveniacute ochrany

ϑg - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute odečtenaacute z grafu

ϑ - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute ndash vypočtenaacute

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

R [

Ω]

ϑ [degC]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 57

Vinutiacute motoru je izolovaacuteno izolaciacute třiacutedy F (155)

Třiacuteda izolace A E B F H

Okolniacute teplota [degC] 40 40 40 40 40

Povolenyacute naacuterůst teploty [degC] 60 75 80 105 125

Teplotniacute rezerva 5 5 10 10 15

Konečnaacute teplota 105 120 130 155 180

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru [12]

OCHRANA PŘED NESPRAacuteVNYacuteM SLEDEM FAacuteZIacute

Nedodrženiacutem sledu napaacutejeciacutech faacutezovyacutech vodičů (zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů svorek L2 a L3)

jak je nastaveno v UMC provaacutediacute napěťovyacute modul blokaci startu motoru V tomto přiacutepadě

vybavuje neprodleně ochrana sledu faacuteziacute ndashPhase sequence Funkci zaznamenejte do protokolu

OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII

Zvyšovaacuteniacutem odporu vyacutekonoveacuteho potenciometru zapojeneacuteho ve faacutezi L1 (viz scheacutema zapojeniacute

uacutelohy) dochaacuteziacute k simulaci faacutezoveacute nesymetrie siacutetě Motor je odpojen v okamžiku kdy poklesne

hodnota sdruženeacuteho napětiacute mezi faacutezemi L3 a L1 přibližně na hodnotu Us = 380V Velikost

odporu při vybaveniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii činiacute 101Ω Hodnotu nesymetrie zaznamenejte

do protokolu

OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE

Ztraacuteta faacuteze se realizuje pomociacute spiacutenače v pracovniacutem stole kdy odpojiacuteme napaacutejeciacute faacutezi Změřte

čas od odpojeniacute faacuteze L2 do vybaveniacute ochrany při ztraacutetě faacuteze a poznamenejte do protokolu

66 Demonstrace ochran při použitiacute dynamometru

OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU

K testu ochrany při zablokovaacuteniacute rotoru posloužiacute dynamometr jehož hřiacutedel je spojenaacute se hřiacutedeliacute

asynchronniacuteho motoru pomociacute spojky Hřiacutedel dynamometru je poteacute mechanicky zablokovaacutena

Stiskem přiacuteslušneacuteho tlačiacutetka je proveden start motoru a sledovaacuten proud při odpojeniacute motoru od

siacutetě a čas odpojeniacute Proud při vybaveniacute ochrany při mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru dosaacutehl

hodnoty 1978A což odpoviacutedaacute 582In

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute ndash (High current protection)

Pro simulaci proudoveacuteho přetiacuteženiacute maacuteme nastavenou hodnotu odebiacuteraneacuteho proudu na 130 pro

odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě Snižovaacuteniacutem jmenovityacutech otaacuteček motoru pomociacute dynamometru

(bržděniacutem tzn n rarr 0) dochaacuteziacute k naacuterůstu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu I Odpojeniacute nastalo při

odebiacuteraneacutem proudu 447A Nastaveneacute hodnotě (13In ) naacuteležiacute proud 442A Tiacutem lze konstatovat

že vyacutesledek měřeniacute je srovnatelnyacute s hodnotami uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute

Stav proudoveacuteho podtiacuteženiacute nedostatečneacuteho proudoveacuteho zatiacuteženiacute použiacutevanyacute zejmeacutena u čerpadel

je simulovaacuten pomociacute dynamometru kdy je nastavenaacute hodnota poklesu aktuaacutelniacuteho proudu na

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 58

085In a čas odpojeniacute od siacutetě na 10s Po roztočeniacute a zatiacuteženiacute motoru na hodnotu jmenoviteacuteho

proudu jsou pomociacute dynamometru zvyšovaacuteny otaacutečky motoru n Tento proces maacute za naacutesledek

snižovaacuteniacute aktuaacutelniacuteho proteacutekaneacuteho proudu I kdy motor ztraacuteciacute zatiacuteženiacute Nastaveneacute hodnotě

podtiacuteženiacute odpoviacutedaacute aktuaacutelniacute proud 289A Při dosaženiacute teacuteto uacuterovně je spuštěn odpočet a motor za

10s odpojen

67 Vyhodnoceniacute a zaacutevěr

Vyacutesledkem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute technologiiacute pro diagnostiku

veličin při chodu trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru Při demonstračniacute simulaci ochran byly

dosaženy naacutesledujiacuteciacute vyacutesledky PTC ochrana vybavuje při hodnotě odporu 341kΩ Tato hodnota

odpoviacutedaacute teplotě ϑg = 136degC odečteneacute z grafu Vypočtenaacute teplota ϑ = 13626degC Vyacuterobce uvaacutediacute

zapůsobeniacute ochrany při hodnotě odporu v rozsahu 34-38kΩ Zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů L2 a

L3 proběhla okamžitaacute blokace spuštěniacute motoru Faacutezovaacute nesymetrie vybavila při poklesu napětiacute o

5 Ztraacutetou napaacutejeciacute faacuteze proběhlo odpojeniacute motoru v čase t = 15s Čas odpojeniacute odpoviacutedaacute třiacutedě

přetiacuteženiacute 5E kteraacute je nastavena

Při testu za použitiacute dynamometru bylo zjištěno že při zablokovaneacutem rotoru motoru zapůsobil

kontroleacuter při nastaveneacutem přetiacuteženiacute 3In Teacuteto hodnotě naacuteležiacute proud 102A Jelikož je nastavena

třiacuteda přetiacuteženiacute 5E ktereacute naacuteležiacute interval 15s a poteacute odpojeniacute motoru tak během tohoto okamžiku

vzrostla hodnota proudu na 1978A což odpoviacutedaacute 582In Při proudoveacutem přetiacuteženiacute odpoviacutedaly

vyacutesledky měřeniacute nastaveneacute hodnotě přetiacuteženiacute 13In Ve stavu proudoveacuteho podtiacuteženiacute zapůsobila

ochrana spraacutevně dle nastaveneacuteho poklesu proudu na 085In

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 41: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 41

DEMONSTRAČNIacute PŘIacutePRAVEK 4

41 Naacutevrh přiacutepravku

Pro demonstraci UMC100 a dalšiacutech prvků řady produktů od společnosti ABB sro byl

navržen přiacutepravek pomociacute software AutoCAD a Inventor Professional kteryacute byl poteacute zrealizovaacuten

a oživen Nosnaacute konstrukce (Obr 41) je vyrobena z jӓckelu o rozměru 25x25mm

Obr 41 Nosnaacute konstrukce

Čelniacute panel tvořiacute plech s rozměry 500x400mm a tloušťky 2mm Plech je osazen

rozvaděčovyacutemi kanaacutely 25x60mm a všemi potřebnyacutemi komponentami pro realizaci zapojeniacute

Vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho panelu s otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky a ovlaacutedaciacute tlačiacutetka motoru je na

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

Seznam použityacutech komponent Vyacuterobce

3-poacutelovyacute jistič C16 OEZ

Pojistkoveacute pouzdro RSP 4 Elektro Bečov

Komunikačniacute modul MTQ22-FBP ABB

Motorovyacute kontroleacuter UMC100-FBP ABB

Napěťovyacute modul VI150-FBP ABB

Rozšiřovaciacute modul DX122-FBP ABB

Ministykač LC1K09(LC1K12) Schneider Electric

Napaacutejeciacute zdroj CP-D 2413A ABB

Rozvaděčovyacute kanaacutel 25x60mm KOPOS

Přiacutestrojoveacute zdiacuteřky 4mm do panelu AMASS

Tlačiacutetka do panelu 250V1A JIETONG

Tab 41 Seznam použityacutech komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 42

Pro konstrukci je důležiteacute aby navrženyacute panel rozměrově odpoviacutedal všem potřebnyacutem přiacutestrojům

a modulům Pro tuto přiacuteležitost je pomociacute software AutoCAD vytvořen vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho

panelu Obr 43 kteryacute je konstruovaacuten

Navrženyacute nosnyacute plech tloušťky 2mm na ktereacutem jsou umiacutestěny veškereacute komponenty Obr 42

Ve vrchniacute polovině plechu jsou vyvrtaacuteny otvory o průměru 4mm sloužiacuteciacute pro uchyceniacute

rozvaděčoveacuteho kanaacutelu a DIN lišty Ve středniacute čaacutesti plechu jsou 4 průvlečneacute otvory určeneacute k

průchodu vodičů ze zadniacute čaacutesti plechu (od napaacutejeciacutech svorek) do rozvaděčoveacuteho kanaacutelu na straně

předniacute Pro tuto potřebu jsou stejneacute otvory vyvrtaacuteny takeacute do dna kanaacutelu Ve spodniacute čaacutesti jsou

otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky pomociacute kteryacutech je zajištěno napaacutejeniacute panelu a poteacute napaacutejeniacute motoru

a 3 otvory na ovlaacutedaciacute tlačiacutetka k zajištěniacute ovlaacutedaacuteniacute motoru Uchyceniacute plechu k nosneacute konstrukci

je provedeno samořeznyacutemi šroubky M5 v roziacutech plechu

Obr 42 Naacutevrh plechu panelu

Vyacutekres plechu s udaacuteniacutem koacutet je obsažen v přiacuteloze praacutece viz Obr 01

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 43

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 44

42 Scheacutema zapojeniacute přiacutepravku

Demonstračniacute panel je uzpůsoben pro reverzniacute chod trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 44 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho přiacutepravku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 45

43 Vyacuteslednyacute přiacutepravek

Vyacuteslednyacute osazenyacute a zapojenyacute přiacutepravek určenyacute pro laboratorniacute uacutelohu doplněnyacute vhodnyacutemi

štiacutetky pro ovlaacutedaacuteniacute a zapojeniacute napaacutejeciacute siacutetě (VSTUP) a motoru (VYacuteSTUP)

Obr 45 Demonstračniacute přiacutepravek

Zadniacute čaacutest panelu s izolovaacuteniacutem konektorů FASTON pomociacute teplem smrštitelneacute bužiacuterky před

nebezpečnyacutem dotykem živeacute čaacutesti

Obr 46 Zadniacute pohled

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 46

44 Demonstračniacute kufr pro ABB

Pro společnost ABB sro byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 prezentujiacuteciacute

jeho možnosti Zaacutekladniacutem požadavkem naacutevrhu bylo řešeniacute pomociacute jednofaacutezoveacuteho napaacutejeniacute

Jelikož UMC100 je uzpůsobeno pro chod trojfaacutezovyacutech motorů je použit frekvenčniacute měnič

ACS50 kteryacute nabiacuteziacute při napaacutejeniacute pomociacute jednofaacutezoveacute siacutetě na sveacutem vyacutestupu napětiacute 3x230V50Hz

Pro digitaacutelniacute vstupy UMC100 a rozšiřovaciacuteho modulu DX111 je navrženo použitiacute dvoupoacutelovyacutech

paacutečkovyacutech přepiacutenačů s funkciacute (ON)-OFF-ON s napětiacutem 24V DC K signalizaci aktivniacutech vstupů

a vyacutestupů je navrženo použitiacute zelenyacutech signaacutelek Ovlaacutedaciacute panel kufru obsahuje spiacutenače pro

simulaci ztraacutety napaacutejeciacute faacuteze motoru potenciometr k simulaci faacutezoveacute nesymetrie daacutele červenou

signaacutelku pro signalizaci poruchovyacutech stavů a žlutou pro chod motoru Všechny přepiacutenače a

signaacutelky jsou přiacutestupneacute uživateli prostřednictviacutem navrženeacuteho ovlaacutedaciacuteho panelu kteryacute současně

posloužiacute jako kryt kufru (Obr 02) Jelikož pro přenosnyacute kufr neniacute nejvhodnějšiacute použitiacute

asynchronniacuteho motoru je proto použit 6-poacutelovyacute synchronniacute motor s přiacutekonem 23VA

vyacutestupniacutem vyacutekonem 105W a jmenovityacutem proudem 100mA

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 47

Obr 47 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho kufru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 48

SIMULACE OCHRAN 5Kapitola obsahuje soupis simulaciacute ochran ktereacute jsou demonstrovaacuteny v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jež se zabyacutevaacute problematikou UMC100 Z širokeacute škaacutely ochran jsou vybraacuteny 4 situace ktereacute

se v průmyslu často vyskytujiacute

51 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

K nasimulovaacuteniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii je použit posuvnyacute potenciometr kteryacute je

připojen na svorky (12) Pomociacute potenciometru bude snižovaacutena velikost napětiacute na přiacutevodniacute faacutezi

do motoru (L1) Pro demonstraci ochrany je použit napěťovyacute modul VI150 spolu s UMC100 Na

svorky modulu označeneacute (L1L2 a L3) jsou přivedeny faacuteze v uvedeneacutem sledu Při zvyšovaacuteniacute

odporu rezistoru ve faacutezi dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute napětiacute na přiacutevodniacute svorce (L1) vlivem rostouciacuteho

uacutebytku napětiacute na daneacutem rezistoru Je-li napěťovyacute modul propojen vodičem s UMC a je-li spraacutevně

nastaven UMC vyhodnotiacute po určiteacutem poklesu napětiacute a naacuterůstu proudu ve zbylyacutech dvou faacuteziacutech

(L2 a L3) jako chybovou a vybaviacute Nejprve bude vybaveno varovaacuteniacute a poteacute dojde k odpojeniacute

motoru

52 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze je motor vystaven vysokeacutemu riziku což většinou vede k jeho

zničeniacute Demonstrace ochrany proběhne uacuteplnyacutem odpojeniacutem napaacutejeciacute faacuteze L2 Pro vybaveniacute

ochrany neniacute zapotřebiacute aby byl motor v chodu neboť použitiacute napěťoveacuteho modulu VI150

detekuje nepřiacutetomnost napětiacute faacuteze a vybaviacute Při chodu motoru ochrana vybaviacute od 15s pro třiacutedu

5E a do 12s pro 40E podle nastaveneacute třiacutedy přetiacuteženiacute viz Tab 32 Princip funkce při chodu

motoru spočiacutevaacute v porovnaacuteniacute nejvyššiacute a nejnižšiacute naměřeneacute hodnoty faacutezoveacuteho proudu s

nastavenyacutemi uacuterovněmi Vyacutehodou je že signalizuje varovaacuteniacute ještě před samotnyacutem spuštěniacutem

motoru kdy může nastat stav že je přepaacutelena pojistka a obsluha toto nezaznamenala Mimo

přepaacuteleneacute pojistky se může takeacute jednat o uvolněnyacute nebo opotřebenyacute kontakt

53 Ochrana sledu faacuteziacute

Pro spraacutevnyacute chod motoru a diagnostiku pomociacute kontroleacuteru s použitiacutem napěťoveacuteho modulu je

zapotřebiacute dodržet sled faacuteziacute tzn Faacutezovyacute vodič L1rarrsvorka L1 L2 rarrsvorka L3 a L3rarrsvorka L3

Při zaacuteměně některyacutech faacutezovyacutech vodičů neprodleně vybaviacute ochrana sledu faacuteziacute a neniacute dovoleno

spuštěniacute motoru do okamžiku dokud neniacute obsluhou tento probleacutem vyřešen

54 PTC ochrana

Pro vyhodnocovaacuteniacute teploty vinutiacute statoru motoru sloužiacute termistor PTC Při zvyacutešeniacute teploty

nastaacutevaacute zvyacutešeniacute odporu termistoru (viz Obr 38) a motor odpojiacute Udaacutevanaacute odezva UMC na

změnu odporu je v rozmeziacute R = 34-38kΩ

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 49

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany

Z důvodu ochrany motoru neniacute vhodneacute vystavovat motor zvyacutešeneacute teplotě pro nastiacuteněniacute funkce

PTC ochrany Pro tento uacutečel posloužiacute zhotovenyacute box osazenyacute lineaacuterniacutem potenciometrem

s hodnotou odporu 25kΩ jemuž jsou předřazeny odpory 1kΩ a 330Ω

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 50

LABORATORNIacute UacuteLOHA 6

61 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100

Uacutekolem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute řiacutediacuteciacute a kontrolniacute jednotkou pro

provoz trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru UMC100

Motorovyacute kontroleacuter nabiacuteziacute 3 releacuteoveacute vyacutestupy Tyto vyacutestupy jsou připojitelneacute na napětiacute 230V AC s

maximaacutelniacutem proudem 1A Releacuteoveacute vyacutestupy sloužiacute zejmeacutena pro připojeniacute budiacuteciacutech ciacutevek stykačů

Hlavniacute vstupy jsou tvořeny seacuteriiacute svorek jež je umiacutestěnaacute ve spodniacute čaacutesti kontroleacuteru Svorky nesou

označeniacute (DI0 DI1 hellip DI5) Tyto digitaacutelniacute vstupy pracujiacute s napětiacutem 24V DC a sloužiacute pro

připojeniacute ovlaacutedaciacutech tlačiacutetek jako start motoru stop motoru reverzaci rozběh hvězda-trojuacutehelniacutek

nebo např použitiacute vstupu pro koncovyacute spiacutenač pro připojeniacute pomocnyacutech kontaktů stykačů či

funkci aktuaacutetor kdy je ovlaacutedaacuten pohon ventilu Vše podle nastaveniacute uživatele a pracovniacuteho

procesu Vedle hlavniacutech vstupniacutech kontaktů se nachaacuteziacute takeacute jeden vyacutestupniacute s označeniacutem (DO3)

Tento digitaacutelniacute vyacutestup lze využiacutet k připojeniacute 24V DC signalizačniacute kontrolky pro chybovaacute hlaacutešeniacute

modulu UMC100 nabiacuteziacute integrovanyacute vstup pro připojeniacute PTC termistoru Diacuteky PTC jsme

schopni hliacutedat teplotu statoroveacuteho vinutiacute a předejiacutet tiacutem zaacutevažneacutemu poškozeniacute motoru

Hlavniacute obvod

Měřeniacute proudu faacutezovyacutemi vodiči je řešeno pomociacute 3 průvlečnyacutech ok integrovanyacutech v modulu

Tato průvlečnaacute oka jsou měřiacuteciacutemi transformaacutetory proudu navinutyacutemi na toroidniacutem jaacutedře Diacuteky

těmto transformaacutetorům je kontroleacuter schopnyacute měřit proud v rozsahu 024 až 63A Pro vyššiacute

hodnoty proudů až 850A se použiacutevaacute externiacute proudovyacute transformaacutetor

Možnost rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru

UMC se v průmyslovyacutech aplikaciacutech nejčastěji použiacutevaacute s využitiacutem napěťoveacuteho a rozšiřovaciacuteho

(vstupně-vyacutestupniacuteho) modulu Pro laboratorniacute uacutelohu je použit napěťovyacute modul VI150 a

rozšiřovaciacute modul DX122 jenž jsou připojeny k UMC pomociacute UMCIO-CAB přes svorky

s označeniacutem Ca a Cb

Napěťovyacute modul VI150

K demonstraci kontroleacuteru je použit modul s označeniacutem VI150 Zařiacutezeniacute disponuje konektory pro

připojeniacute faacutezovyacutech vodičů (L1 L2 a L3) a je schopneacute měřit hodnotu sdruženeacuteho napětiacute siacutetě

S naměřenyacutemi hodnotami faacutezoveacuteho proudu pomociacute UMC dostaacutevaacuteme takeacute hodnotu faacutezoveacuteho

posuvu mezi napětiacutem a proudem tedy uacutečiniacuteku cos φ Z těchto naměřenyacutech parametrů vypočiacutetaacute

řiacutediacuteciacute jednotka kontroleacuteru činnyacute přiacutekon Ovšem pro spraacutevnou detekci napětiacute je nutneacute dodržet

zapojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 51

Vstupně-vyacutestupniacute modul DX122

Modul umožňuje rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru o dalšiacutech 8 digitaacutelniacutech vstupů na napětiacute 110-230V AC 4

releacuteoveacute vyacutestupy a 1 analogovyacute vyacutestup Pomociacute programu ABB Asset Vision Basic je možneacute

přiacutemeacute přiřazeniacute parametrů a programovaacuteniacute UMC100 a takeacute všech zařiacutezeniacute kteraacute jsou vybavena

DTM (Device Type Manager)- naacutestroj pro konfiguraci a spraacutevu zařiacutezeniacute

Komunikačniacute modul MTQ22

O komunikaci mezi UMC a PC se staraacute modul MTQ22 V software vytvořeneacutem pomociacute

vyacutevojoveacuteho prostřediacute LabVIEW lze sledovat aktuaacutelniacute měřeneacute veličiny zobrazenaacute varovaacuteniacute

poruchovyacutech stavů informace o stavu vstupů a vyacutestupů apod

Napaacutejeciacute zdroj

Napaacutejeniacute modulů zajišťuje zdroj CP-D 2413A s regulaciacute vyacutestupniacuteho napětiacute Regulace je možnaacute

v rozpětiacute 24-28V DC Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute zdroje je umožněna z důvodu požadavku

přesneacuteho napětiacute 24V DC Vlivem zatiacuteženiacute (napaacutejeniacute UMC VI a DX) vyacutestupniacute napětiacute zdroje klesaacute

podle zatěžovaciacute charakteristiky přiacuteslušneacuteho zdroje CP-D sloužiacute takeacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacutech

vstupů UMC

Ochranneacute funkce

UMC nenabiacuteziacute pouze možnost měřeniacute faacutezoveacuteho proudu ale takeacute řadu ochran při poruchovyacutech

stavech provozu Nejčastěji v praxi využiacutevanaacute ochrana je ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute kteraacute

je doprovaacutezena varovnou signalizaciacute nastaacutevajiacuteciacute poruchy

Ochrana motoru při proudoveacutem podtiacuteženiacute pracuje na obdobneacutem principu jako předchoziacute ochrana

Kontroleacuter monitoruje hladinu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu Při jeho poklesu pod nastavenou

uacuteroveň maximaacutelniacuteho dovoleneacuteho poklesu (udaacutevaneacute relativně v k jmenoviteacutemu In) dochaacuteziacute k

signalizaci chyby a odpojeniacute motoru od siacutetě

PTC ochrana spočiacutevaacute v hliacutedaacuteniacute teploty statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru pomociacute PTC

termistoru V našem přiacutepadě je použito lineaacuterniacuteho potenciometru kdy se zvyšujiacuteciacutem se odporem

potenciometru simulujeme zvyšujiacuteciacute se teplotu statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru

Při ztraacutetě některeacute napaacutejeciacute faacuteze motoru dochaacuteziacute k okamžiteacutemu blokovaacuteniacute startu motoru

Ochrana sledu faacuteziacute zajistiacute spraacutevneacute zapojeniacute vodičů L1 L2 a L3 ktereacute je slučitelneacute s nastaveniacutem v

UMC

Vlivem přerušovaneacuteho provozu např S3 kdy nedochaacuteziacute v době klidu a odpojeniacute motoru k

poklesu teploty na teplotu okoliacute může vybavit Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute - Thermal

Overload Protection (TOL)

Zablokovaniacute rotoru byacutevaacute způsobeno přiacuteliš vysokyacutem zaacutetěžnyacutem momentem Mz na hřiacutedeli motoru

nebo mechanickou poruchou Kontroleacuter je při startu schopen detekovat tento stav

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 52

62 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute uacutelohy a scheacutema zapojeniacute panelu

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 53

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 54

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha

Štiacutetek použiteacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 64 Štiacutetek motoru

63 Popis scheacutematu zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

Na vstupniacute svorky s označeniacutem VSTUP (L1 L2 L3 N PE) jsou přivedeny přiacuteslušneacute vodiče

z pracovniacuteho stolu Hlavniacute 16A jistič s vypiacutenaciacute charakteristikou typu C sloužiacute pro jištěniacute siloveacute

čaacutesti obvodu Pro jištěniacute napaacutejeciacuteho zdroje CP-D sloužiacute tavnaacute pojistka 2T250V Napěťoveacute

vstupy na modul VI150 jsou jištěny tavnou pojistkou F125250V Posuvnyacute potenciometr

umiacutestěnyacute na faacutezoveacutem vodiči L1 sloužiacute k demonstraci ochrany při faacutezoveacute nesymetrii

Komunikačniacute modul MTQ22 zajišťuje komunikaci mezi UMC a PC kdy prostřednictviacutem

Ethernetoveacute siacutetě jsme schopni čiacutest měřeneacute veličiny

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 55

64 Pracovniacute postup

1 Seznamte se s kontroleacuterem UMC100 a ostatniacutemi komponenty použityacutemi pro laboratorniacute

uacutelohu a se scheacutematem zapojeniacute uacutelohy

2 Připojte elektromotor a vstupniacute svorky na přiacuteslušneacute zdiacuteřky Před připojeniacutem vyacutekonoveacuteho

potenciometru ověřte měřeniacutem jeho minimaacutelniacute a maximaacutelniacute hodnotu odporu a

poznamenejte si je

3 Připojte potenciometr na určeneacute zdiacuteřky označeneacute čiacutesly 1 a 2 a nastavte hodnotu odporu

4 Po kontrole zapojeniacute vyučujiacuteciacutem zapněte pracoviště a nastavte autotransformaacutetor na 100

vyacutestupniacuteho napětiacute Zapněte hlavniacute jistič Kontrola a nastaveniacute komunikace mezi UMC

DX a VI

Nastaveniacute Komunikace se provede přes LCD displej naacutesledujiacuteciacutem způsobem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on

5 Stiskem tlačiacutetka VPŘED nebo VZAD na panelu uvedeme motor do chodu Pro přechod

z jednoho směru do druheacuteho je nutneacute nejprve zastavit motor tlačiacutetkem STOP Při

zastaveniacute je kontroleacuterem motor blokovaacuten po dobu 3s před dalšiacutem spuštěniacutem z důvodu

doběhu motoru Pohybem tlačiacutetek nahoru dolů pomociacute LCD v hlavniacute nabiacutedce - UMC -

můžeme sledovat aktuaacutelniacute proud motoru sdruženeacute napětiacute odebiacuteranyacute přiacutekon ze siacutetě

uacutečiniacutekhellip

6 Při provaacuteděniacute uacutelohy na brzdě (dynamometru) ověřte funkci ochrany při zablokovaacuteniacute

rotoru funkci ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a proudoveacutem přetiacuteženiacute

7 Při vybaveniacute každeacute z ochran zaznamenejte hodnotu kdy vypnula Před novyacutem startem je

důležiteacute přečiacutest zaacuteznam důvodu poruchy a proveacutest reset na panelu UMC100-PAN jinak je

START blokovaacuten

65 Měřeniacute

OCHRANA PŘED PŘEHŘAacuteTIacuteM MOTORU

Potenciometrem označenyacutem PTC je zvyšovaacutena hodnotu odporu do okamžiku kdy dojde

k odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě zapůsobeniacutem PTC ochrany Hodnota odporu potenciometru

při vybaveniacute ochrany je určena měřeniacutem na 341kΩ Odpoviacutedajiacuteciacute hodnotu teploty motoru

odečteme z grafu a hodnoty odporu potenciometru při vypnutiacute

Do tabulky zapište změřenou hodnotu odporu potenciometru při vypnutiacute Při teacuteto hodnotě odporu

odečtěte teplotu motoru z grafu Ziacuteskanou teplotu porovnejte s vypočtenou teplotou motoru

Tabulka naměřenyacutech a vypočtenyacutech hodnot

R ϑg R0 ϑ

[Ω] [degC] [Ω] [degC]

3410 136 1320 13626

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 56

Vyacutepočet vychaacuteziacute ze vztahu pro zaacutevislost elektrickeacuteho odporu vodiče na teplotě

(651)

kde

(652)

Po uacutepravě pak

α - teplotniacute součinitel elektrickeacuteho odporu (K-1

) (α = 001162 K-1

)

R0 - odpor potenciometru v zaacutekladniacute poloze

R - odpor potenciometru při vybaveniacute ochrany

ϑg - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute odečtenaacute z grafu

ϑ - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute ndash vypočtenaacute

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

R [

Ω]

ϑ [degC]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 57

Vinutiacute motoru je izolovaacuteno izolaciacute třiacutedy F (155)

Třiacuteda izolace A E B F H

Okolniacute teplota [degC] 40 40 40 40 40

Povolenyacute naacuterůst teploty [degC] 60 75 80 105 125

Teplotniacute rezerva 5 5 10 10 15

Konečnaacute teplota 105 120 130 155 180

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru [12]

OCHRANA PŘED NESPRAacuteVNYacuteM SLEDEM FAacuteZIacute

Nedodrženiacutem sledu napaacutejeciacutech faacutezovyacutech vodičů (zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů svorek L2 a L3)

jak je nastaveno v UMC provaacutediacute napěťovyacute modul blokaci startu motoru V tomto přiacutepadě

vybavuje neprodleně ochrana sledu faacuteziacute ndashPhase sequence Funkci zaznamenejte do protokolu

OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII

Zvyšovaacuteniacutem odporu vyacutekonoveacuteho potenciometru zapojeneacuteho ve faacutezi L1 (viz scheacutema zapojeniacute

uacutelohy) dochaacuteziacute k simulaci faacutezoveacute nesymetrie siacutetě Motor je odpojen v okamžiku kdy poklesne

hodnota sdruženeacuteho napětiacute mezi faacutezemi L3 a L1 přibližně na hodnotu Us = 380V Velikost

odporu při vybaveniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii činiacute 101Ω Hodnotu nesymetrie zaznamenejte

do protokolu

OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE

Ztraacuteta faacuteze se realizuje pomociacute spiacutenače v pracovniacutem stole kdy odpojiacuteme napaacutejeciacute faacutezi Změřte

čas od odpojeniacute faacuteze L2 do vybaveniacute ochrany při ztraacutetě faacuteze a poznamenejte do protokolu

66 Demonstrace ochran při použitiacute dynamometru

OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU

K testu ochrany při zablokovaacuteniacute rotoru posloužiacute dynamometr jehož hřiacutedel je spojenaacute se hřiacutedeliacute

asynchronniacuteho motoru pomociacute spojky Hřiacutedel dynamometru je poteacute mechanicky zablokovaacutena

Stiskem přiacuteslušneacuteho tlačiacutetka je proveden start motoru a sledovaacuten proud při odpojeniacute motoru od

siacutetě a čas odpojeniacute Proud při vybaveniacute ochrany při mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru dosaacutehl

hodnoty 1978A což odpoviacutedaacute 582In

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute ndash (High current protection)

Pro simulaci proudoveacuteho přetiacuteženiacute maacuteme nastavenou hodnotu odebiacuteraneacuteho proudu na 130 pro

odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě Snižovaacuteniacutem jmenovityacutech otaacuteček motoru pomociacute dynamometru

(bržděniacutem tzn n rarr 0) dochaacuteziacute k naacuterůstu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu I Odpojeniacute nastalo při

odebiacuteraneacutem proudu 447A Nastaveneacute hodnotě (13In ) naacuteležiacute proud 442A Tiacutem lze konstatovat

že vyacutesledek měřeniacute je srovnatelnyacute s hodnotami uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute

Stav proudoveacuteho podtiacuteženiacute nedostatečneacuteho proudoveacuteho zatiacuteženiacute použiacutevanyacute zejmeacutena u čerpadel

je simulovaacuten pomociacute dynamometru kdy je nastavenaacute hodnota poklesu aktuaacutelniacuteho proudu na

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 58

085In a čas odpojeniacute od siacutetě na 10s Po roztočeniacute a zatiacuteženiacute motoru na hodnotu jmenoviteacuteho

proudu jsou pomociacute dynamometru zvyšovaacuteny otaacutečky motoru n Tento proces maacute za naacutesledek

snižovaacuteniacute aktuaacutelniacuteho proteacutekaneacuteho proudu I kdy motor ztraacuteciacute zatiacuteženiacute Nastaveneacute hodnotě

podtiacuteženiacute odpoviacutedaacute aktuaacutelniacute proud 289A Při dosaženiacute teacuteto uacuterovně je spuštěn odpočet a motor za

10s odpojen

67 Vyhodnoceniacute a zaacutevěr

Vyacutesledkem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute technologiiacute pro diagnostiku

veličin při chodu trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru Při demonstračniacute simulaci ochran byly

dosaženy naacutesledujiacuteciacute vyacutesledky PTC ochrana vybavuje při hodnotě odporu 341kΩ Tato hodnota

odpoviacutedaacute teplotě ϑg = 136degC odečteneacute z grafu Vypočtenaacute teplota ϑ = 13626degC Vyacuterobce uvaacutediacute

zapůsobeniacute ochrany při hodnotě odporu v rozsahu 34-38kΩ Zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů L2 a

L3 proběhla okamžitaacute blokace spuštěniacute motoru Faacutezovaacute nesymetrie vybavila při poklesu napětiacute o

5 Ztraacutetou napaacutejeciacute faacuteze proběhlo odpojeniacute motoru v čase t = 15s Čas odpojeniacute odpoviacutedaacute třiacutedě

přetiacuteženiacute 5E kteraacute je nastavena

Při testu za použitiacute dynamometru bylo zjištěno že při zablokovaneacutem rotoru motoru zapůsobil

kontroleacuter při nastaveneacutem přetiacuteženiacute 3In Teacuteto hodnotě naacuteležiacute proud 102A Jelikož je nastavena

třiacuteda přetiacuteženiacute 5E ktereacute naacuteležiacute interval 15s a poteacute odpojeniacute motoru tak během tohoto okamžiku

vzrostla hodnota proudu na 1978A což odpoviacutedaacute 582In Při proudoveacutem přetiacuteženiacute odpoviacutedaly

vyacutesledky měřeniacute nastaveneacute hodnotě přetiacuteženiacute 13In Ve stavu proudoveacuteho podtiacuteženiacute zapůsobila

ochrana spraacutevně dle nastaveneacuteho poklesu proudu na 085In

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 42: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 42

Pro konstrukci je důležiteacute aby navrženyacute panel rozměrově odpoviacutedal všem potřebnyacutem přiacutestrojům

a modulům Pro tuto přiacuteležitost je pomociacute software AutoCAD vytvořen vizuaacutelniacute naacutevrh osazeneacuteho

panelu Obr 43 kteryacute je konstruovaacuten

Navrženyacute nosnyacute plech tloušťky 2mm na ktereacutem jsou umiacutestěny veškereacute komponenty Obr 42

Ve vrchniacute polovině plechu jsou vyvrtaacuteny otvory o průměru 4mm sloužiacuteciacute pro uchyceniacute

rozvaděčoveacuteho kanaacutelu a DIN lišty Ve středniacute čaacutesti plechu jsou 4 průvlečneacute otvory určeneacute k

průchodu vodičů ze zadniacute čaacutesti plechu (od napaacutejeciacutech svorek) do rozvaděčoveacuteho kanaacutelu na straně

předniacute Pro tuto potřebu jsou stejneacute otvory vyvrtaacuteny takeacute do dna kanaacutelu Ve spodniacute čaacutesti jsou

otvory pro přiacutestrojoveacute zdiacuteřky pomociacute kteryacutech je zajištěno napaacutejeniacute panelu a poteacute napaacutejeniacute motoru

a 3 otvory na ovlaacutedaciacute tlačiacutetka k zajištěniacute ovlaacutedaacuteniacute motoru Uchyceniacute plechu k nosneacute konstrukci

je provedeno samořeznyacutemi šroubky M5 v roziacutech plechu

Obr 42 Naacutevrh plechu panelu

Vyacutekres plechu s udaacuteniacutem koacutet je obsažen v přiacuteloze praacutece viz Obr 01

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 43

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 44

42 Scheacutema zapojeniacute přiacutepravku

Demonstračniacute panel je uzpůsoben pro reverzniacute chod trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 44 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho přiacutepravku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 45

43 Vyacuteslednyacute přiacutepravek

Vyacuteslednyacute osazenyacute a zapojenyacute přiacutepravek určenyacute pro laboratorniacute uacutelohu doplněnyacute vhodnyacutemi

štiacutetky pro ovlaacutedaacuteniacute a zapojeniacute napaacutejeciacute siacutetě (VSTUP) a motoru (VYacuteSTUP)

Obr 45 Demonstračniacute přiacutepravek

Zadniacute čaacutest panelu s izolovaacuteniacutem konektorů FASTON pomociacute teplem smrštitelneacute bužiacuterky před

nebezpečnyacutem dotykem živeacute čaacutesti

Obr 46 Zadniacute pohled

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 46

44 Demonstračniacute kufr pro ABB

Pro společnost ABB sro byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 prezentujiacuteciacute

jeho možnosti Zaacutekladniacutem požadavkem naacutevrhu bylo řešeniacute pomociacute jednofaacutezoveacuteho napaacutejeniacute

Jelikož UMC100 je uzpůsobeno pro chod trojfaacutezovyacutech motorů je použit frekvenčniacute měnič

ACS50 kteryacute nabiacuteziacute při napaacutejeniacute pomociacute jednofaacutezoveacute siacutetě na sveacutem vyacutestupu napětiacute 3x230V50Hz

Pro digitaacutelniacute vstupy UMC100 a rozšiřovaciacuteho modulu DX111 je navrženo použitiacute dvoupoacutelovyacutech

paacutečkovyacutech přepiacutenačů s funkciacute (ON)-OFF-ON s napětiacutem 24V DC K signalizaci aktivniacutech vstupů

a vyacutestupů je navrženo použitiacute zelenyacutech signaacutelek Ovlaacutedaciacute panel kufru obsahuje spiacutenače pro

simulaci ztraacutety napaacutejeciacute faacuteze motoru potenciometr k simulaci faacutezoveacute nesymetrie daacutele červenou

signaacutelku pro signalizaci poruchovyacutech stavů a žlutou pro chod motoru Všechny přepiacutenače a

signaacutelky jsou přiacutestupneacute uživateli prostřednictviacutem navrženeacuteho ovlaacutedaciacuteho panelu kteryacute současně

posloužiacute jako kryt kufru (Obr 02) Jelikož pro přenosnyacute kufr neniacute nejvhodnějšiacute použitiacute

asynchronniacuteho motoru je proto použit 6-poacutelovyacute synchronniacute motor s přiacutekonem 23VA

vyacutestupniacutem vyacutekonem 105W a jmenovityacutem proudem 100mA

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 47

Obr 47 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho kufru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 48

SIMULACE OCHRAN 5Kapitola obsahuje soupis simulaciacute ochran ktereacute jsou demonstrovaacuteny v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jež se zabyacutevaacute problematikou UMC100 Z širokeacute škaacutely ochran jsou vybraacuteny 4 situace ktereacute

se v průmyslu často vyskytujiacute

51 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

K nasimulovaacuteniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii je použit posuvnyacute potenciometr kteryacute je

připojen na svorky (12) Pomociacute potenciometru bude snižovaacutena velikost napětiacute na přiacutevodniacute faacutezi

do motoru (L1) Pro demonstraci ochrany je použit napěťovyacute modul VI150 spolu s UMC100 Na

svorky modulu označeneacute (L1L2 a L3) jsou přivedeny faacuteze v uvedeneacutem sledu Při zvyšovaacuteniacute

odporu rezistoru ve faacutezi dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute napětiacute na přiacutevodniacute svorce (L1) vlivem rostouciacuteho

uacutebytku napětiacute na daneacutem rezistoru Je-li napěťovyacute modul propojen vodičem s UMC a je-li spraacutevně

nastaven UMC vyhodnotiacute po určiteacutem poklesu napětiacute a naacuterůstu proudu ve zbylyacutech dvou faacuteziacutech

(L2 a L3) jako chybovou a vybaviacute Nejprve bude vybaveno varovaacuteniacute a poteacute dojde k odpojeniacute

motoru

52 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze je motor vystaven vysokeacutemu riziku což většinou vede k jeho

zničeniacute Demonstrace ochrany proběhne uacuteplnyacutem odpojeniacutem napaacutejeciacute faacuteze L2 Pro vybaveniacute

ochrany neniacute zapotřebiacute aby byl motor v chodu neboť použitiacute napěťoveacuteho modulu VI150

detekuje nepřiacutetomnost napětiacute faacuteze a vybaviacute Při chodu motoru ochrana vybaviacute od 15s pro třiacutedu

5E a do 12s pro 40E podle nastaveneacute třiacutedy přetiacuteženiacute viz Tab 32 Princip funkce při chodu

motoru spočiacutevaacute v porovnaacuteniacute nejvyššiacute a nejnižšiacute naměřeneacute hodnoty faacutezoveacuteho proudu s

nastavenyacutemi uacuterovněmi Vyacutehodou je že signalizuje varovaacuteniacute ještě před samotnyacutem spuštěniacutem

motoru kdy může nastat stav že je přepaacutelena pojistka a obsluha toto nezaznamenala Mimo

přepaacuteleneacute pojistky se může takeacute jednat o uvolněnyacute nebo opotřebenyacute kontakt

53 Ochrana sledu faacuteziacute

Pro spraacutevnyacute chod motoru a diagnostiku pomociacute kontroleacuteru s použitiacutem napěťoveacuteho modulu je

zapotřebiacute dodržet sled faacuteziacute tzn Faacutezovyacute vodič L1rarrsvorka L1 L2 rarrsvorka L3 a L3rarrsvorka L3

Při zaacuteměně některyacutech faacutezovyacutech vodičů neprodleně vybaviacute ochrana sledu faacuteziacute a neniacute dovoleno

spuštěniacute motoru do okamžiku dokud neniacute obsluhou tento probleacutem vyřešen

54 PTC ochrana

Pro vyhodnocovaacuteniacute teploty vinutiacute statoru motoru sloužiacute termistor PTC Při zvyacutešeniacute teploty

nastaacutevaacute zvyacutešeniacute odporu termistoru (viz Obr 38) a motor odpojiacute Udaacutevanaacute odezva UMC na

změnu odporu je v rozmeziacute R = 34-38kΩ

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 49

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany

Z důvodu ochrany motoru neniacute vhodneacute vystavovat motor zvyacutešeneacute teplotě pro nastiacuteněniacute funkce

PTC ochrany Pro tento uacutečel posloužiacute zhotovenyacute box osazenyacute lineaacuterniacutem potenciometrem

s hodnotou odporu 25kΩ jemuž jsou předřazeny odpory 1kΩ a 330Ω

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 50

LABORATORNIacute UacuteLOHA 6

61 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100

Uacutekolem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute řiacutediacuteciacute a kontrolniacute jednotkou pro

provoz trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru UMC100

Motorovyacute kontroleacuter nabiacuteziacute 3 releacuteoveacute vyacutestupy Tyto vyacutestupy jsou připojitelneacute na napětiacute 230V AC s

maximaacutelniacutem proudem 1A Releacuteoveacute vyacutestupy sloužiacute zejmeacutena pro připojeniacute budiacuteciacutech ciacutevek stykačů

Hlavniacute vstupy jsou tvořeny seacuteriiacute svorek jež je umiacutestěnaacute ve spodniacute čaacutesti kontroleacuteru Svorky nesou

označeniacute (DI0 DI1 hellip DI5) Tyto digitaacutelniacute vstupy pracujiacute s napětiacutem 24V DC a sloužiacute pro

připojeniacute ovlaacutedaciacutech tlačiacutetek jako start motoru stop motoru reverzaci rozběh hvězda-trojuacutehelniacutek

nebo např použitiacute vstupu pro koncovyacute spiacutenač pro připojeniacute pomocnyacutech kontaktů stykačů či

funkci aktuaacutetor kdy je ovlaacutedaacuten pohon ventilu Vše podle nastaveniacute uživatele a pracovniacuteho

procesu Vedle hlavniacutech vstupniacutech kontaktů se nachaacuteziacute takeacute jeden vyacutestupniacute s označeniacutem (DO3)

Tento digitaacutelniacute vyacutestup lze využiacutet k připojeniacute 24V DC signalizačniacute kontrolky pro chybovaacute hlaacutešeniacute

modulu UMC100 nabiacuteziacute integrovanyacute vstup pro připojeniacute PTC termistoru Diacuteky PTC jsme

schopni hliacutedat teplotu statoroveacuteho vinutiacute a předejiacutet tiacutem zaacutevažneacutemu poškozeniacute motoru

Hlavniacute obvod

Měřeniacute proudu faacutezovyacutemi vodiči je řešeno pomociacute 3 průvlečnyacutech ok integrovanyacutech v modulu

Tato průvlečnaacute oka jsou měřiacuteciacutemi transformaacutetory proudu navinutyacutemi na toroidniacutem jaacutedře Diacuteky

těmto transformaacutetorům je kontroleacuter schopnyacute měřit proud v rozsahu 024 až 63A Pro vyššiacute

hodnoty proudů až 850A se použiacutevaacute externiacute proudovyacute transformaacutetor

Možnost rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru

UMC se v průmyslovyacutech aplikaciacutech nejčastěji použiacutevaacute s využitiacutem napěťoveacuteho a rozšiřovaciacuteho

(vstupně-vyacutestupniacuteho) modulu Pro laboratorniacute uacutelohu je použit napěťovyacute modul VI150 a

rozšiřovaciacute modul DX122 jenž jsou připojeny k UMC pomociacute UMCIO-CAB přes svorky

s označeniacutem Ca a Cb

Napěťovyacute modul VI150

K demonstraci kontroleacuteru je použit modul s označeniacutem VI150 Zařiacutezeniacute disponuje konektory pro

připojeniacute faacutezovyacutech vodičů (L1 L2 a L3) a je schopneacute měřit hodnotu sdruženeacuteho napětiacute siacutetě

S naměřenyacutemi hodnotami faacutezoveacuteho proudu pomociacute UMC dostaacutevaacuteme takeacute hodnotu faacutezoveacuteho

posuvu mezi napětiacutem a proudem tedy uacutečiniacuteku cos φ Z těchto naměřenyacutech parametrů vypočiacutetaacute

řiacutediacuteciacute jednotka kontroleacuteru činnyacute přiacutekon Ovšem pro spraacutevnou detekci napětiacute je nutneacute dodržet

zapojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 51

Vstupně-vyacutestupniacute modul DX122

Modul umožňuje rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru o dalšiacutech 8 digitaacutelniacutech vstupů na napětiacute 110-230V AC 4

releacuteoveacute vyacutestupy a 1 analogovyacute vyacutestup Pomociacute programu ABB Asset Vision Basic je možneacute

přiacutemeacute přiřazeniacute parametrů a programovaacuteniacute UMC100 a takeacute všech zařiacutezeniacute kteraacute jsou vybavena

DTM (Device Type Manager)- naacutestroj pro konfiguraci a spraacutevu zařiacutezeniacute

Komunikačniacute modul MTQ22

O komunikaci mezi UMC a PC se staraacute modul MTQ22 V software vytvořeneacutem pomociacute

vyacutevojoveacuteho prostřediacute LabVIEW lze sledovat aktuaacutelniacute měřeneacute veličiny zobrazenaacute varovaacuteniacute

poruchovyacutech stavů informace o stavu vstupů a vyacutestupů apod

Napaacutejeciacute zdroj

Napaacutejeniacute modulů zajišťuje zdroj CP-D 2413A s regulaciacute vyacutestupniacuteho napětiacute Regulace je možnaacute

v rozpětiacute 24-28V DC Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute zdroje je umožněna z důvodu požadavku

přesneacuteho napětiacute 24V DC Vlivem zatiacuteženiacute (napaacutejeniacute UMC VI a DX) vyacutestupniacute napětiacute zdroje klesaacute

podle zatěžovaciacute charakteristiky přiacuteslušneacuteho zdroje CP-D sloužiacute takeacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacutech

vstupů UMC

Ochranneacute funkce

UMC nenabiacuteziacute pouze možnost měřeniacute faacutezoveacuteho proudu ale takeacute řadu ochran při poruchovyacutech

stavech provozu Nejčastěji v praxi využiacutevanaacute ochrana je ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute kteraacute

je doprovaacutezena varovnou signalizaciacute nastaacutevajiacuteciacute poruchy

Ochrana motoru při proudoveacutem podtiacuteženiacute pracuje na obdobneacutem principu jako předchoziacute ochrana

Kontroleacuter monitoruje hladinu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu Při jeho poklesu pod nastavenou

uacuteroveň maximaacutelniacuteho dovoleneacuteho poklesu (udaacutevaneacute relativně v k jmenoviteacutemu In) dochaacuteziacute k

signalizaci chyby a odpojeniacute motoru od siacutetě

PTC ochrana spočiacutevaacute v hliacutedaacuteniacute teploty statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru pomociacute PTC

termistoru V našem přiacutepadě je použito lineaacuterniacuteho potenciometru kdy se zvyšujiacuteciacutem se odporem

potenciometru simulujeme zvyšujiacuteciacute se teplotu statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru

Při ztraacutetě některeacute napaacutejeciacute faacuteze motoru dochaacuteziacute k okamžiteacutemu blokovaacuteniacute startu motoru

Ochrana sledu faacuteziacute zajistiacute spraacutevneacute zapojeniacute vodičů L1 L2 a L3 ktereacute je slučitelneacute s nastaveniacutem v

UMC

Vlivem přerušovaneacuteho provozu např S3 kdy nedochaacuteziacute v době klidu a odpojeniacute motoru k

poklesu teploty na teplotu okoliacute může vybavit Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute - Thermal

Overload Protection (TOL)

Zablokovaniacute rotoru byacutevaacute způsobeno přiacuteliš vysokyacutem zaacutetěžnyacutem momentem Mz na hřiacutedeli motoru

nebo mechanickou poruchou Kontroleacuter je při startu schopen detekovat tento stav

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 52

62 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute uacutelohy a scheacutema zapojeniacute panelu

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 53

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 54

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha

Štiacutetek použiteacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 64 Štiacutetek motoru

63 Popis scheacutematu zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

Na vstupniacute svorky s označeniacutem VSTUP (L1 L2 L3 N PE) jsou přivedeny přiacuteslušneacute vodiče

z pracovniacuteho stolu Hlavniacute 16A jistič s vypiacutenaciacute charakteristikou typu C sloužiacute pro jištěniacute siloveacute

čaacutesti obvodu Pro jištěniacute napaacutejeciacuteho zdroje CP-D sloužiacute tavnaacute pojistka 2T250V Napěťoveacute

vstupy na modul VI150 jsou jištěny tavnou pojistkou F125250V Posuvnyacute potenciometr

umiacutestěnyacute na faacutezoveacutem vodiči L1 sloužiacute k demonstraci ochrany při faacutezoveacute nesymetrii

Komunikačniacute modul MTQ22 zajišťuje komunikaci mezi UMC a PC kdy prostřednictviacutem

Ethernetoveacute siacutetě jsme schopni čiacutest měřeneacute veličiny

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 55

64 Pracovniacute postup

1 Seznamte se s kontroleacuterem UMC100 a ostatniacutemi komponenty použityacutemi pro laboratorniacute

uacutelohu a se scheacutematem zapojeniacute uacutelohy

2 Připojte elektromotor a vstupniacute svorky na přiacuteslušneacute zdiacuteřky Před připojeniacutem vyacutekonoveacuteho

potenciometru ověřte měřeniacutem jeho minimaacutelniacute a maximaacutelniacute hodnotu odporu a

poznamenejte si je

3 Připojte potenciometr na určeneacute zdiacuteřky označeneacute čiacutesly 1 a 2 a nastavte hodnotu odporu

4 Po kontrole zapojeniacute vyučujiacuteciacutem zapněte pracoviště a nastavte autotransformaacutetor na 100

vyacutestupniacuteho napětiacute Zapněte hlavniacute jistič Kontrola a nastaveniacute komunikace mezi UMC

DX a VI

Nastaveniacute Komunikace se provede přes LCD displej naacutesledujiacuteciacutem způsobem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on

5 Stiskem tlačiacutetka VPŘED nebo VZAD na panelu uvedeme motor do chodu Pro přechod

z jednoho směru do druheacuteho je nutneacute nejprve zastavit motor tlačiacutetkem STOP Při

zastaveniacute je kontroleacuterem motor blokovaacuten po dobu 3s před dalšiacutem spuštěniacutem z důvodu

doběhu motoru Pohybem tlačiacutetek nahoru dolů pomociacute LCD v hlavniacute nabiacutedce - UMC -

můžeme sledovat aktuaacutelniacute proud motoru sdruženeacute napětiacute odebiacuteranyacute přiacutekon ze siacutetě

uacutečiniacutekhellip

6 Při provaacuteděniacute uacutelohy na brzdě (dynamometru) ověřte funkci ochrany při zablokovaacuteniacute

rotoru funkci ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a proudoveacutem přetiacuteženiacute

7 Při vybaveniacute každeacute z ochran zaznamenejte hodnotu kdy vypnula Před novyacutem startem je

důležiteacute přečiacutest zaacuteznam důvodu poruchy a proveacutest reset na panelu UMC100-PAN jinak je

START blokovaacuten

65 Měřeniacute

OCHRANA PŘED PŘEHŘAacuteTIacuteM MOTORU

Potenciometrem označenyacutem PTC je zvyšovaacutena hodnotu odporu do okamžiku kdy dojde

k odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě zapůsobeniacutem PTC ochrany Hodnota odporu potenciometru

při vybaveniacute ochrany je určena měřeniacutem na 341kΩ Odpoviacutedajiacuteciacute hodnotu teploty motoru

odečteme z grafu a hodnoty odporu potenciometru při vypnutiacute

Do tabulky zapište změřenou hodnotu odporu potenciometru při vypnutiacute Při teacuteto hodnotě odporu

odečtěte teplotu motoru z grafu Ziacuteskanou teplotu porovnejte s vypočtenou teplotou motoru

Tabulka naměřenyacutech a vypočtenyacutech hodnot

R ϑg R0 ϑ

[Ω] [degC] [Ω] [degC]

3410 136 1320 13626

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 56

Vyacutepočet vychaacuteziacute ze vztahu pro zaacutevislost elektrickeacuteho odporu vodiče na teplotě

(651)

kde

(652)

Po uacutepravě pak

α - teplotniacute součinitel elektrickeacuteho odporu (K-1

) (α = 001162 K-1

)

R0 - odpor potenciometru v zaacutekladniacute poloze

R - odpor potenciometru při vybaveniacute ochrany

ϑg - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute odečtenaacute z grafu

ϑ - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute ndash vypočtenaacute

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

R [

Ω]

ϑ [degC]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 57

Vinutiacute motoru je izolovaacuteno izolaciacute třiacutedy F (155)

Třiacuteda izolace A E B F H

Okolniacute teplota [degC] 40 40 40 40 40

Povolenyacute naacuterůst teploty [degC] 60 75 80 105 125

Teplotniacute rezerva 5 5 10 10 15

Konečnaacute teplota 105 120 130 155 180

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru [12]

OCHRANA PŘED NESPRAacuteVNYacuteM SLEDEM FAacuteZIacute

Nedodrženiacutem sledu napaacutejeciacutech faacutezovyacutech vodičů (zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů svorek L2 a L3)

jak je nastaveno v UMC provaacutediacute napěťovyacute modul blokaci startu motoru V tomto přiacutepadě

vybavuje neprodleně ochrana sledu faacuteziacute ndashPhase sequence Funkci zaznamenejte do protokolu

OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII

Zvyšovaacuteniacutem odporu vyacutekonoveacuteho potenciometru zapojeneacuteho ve faacutezi L1 (viz scheacutema zapojeniacute

uacutelohy) dochaacuteziacute k simulaci faacutezoveacute nesymetrie siacutetě Motor je odpojen v okamžiku kdy poklesne

hodnota sdruženeacuteho napětiacute mezi faacutezemi L3 a L1 přibližně na hodnotu Us = 380V Velikost

odporu při vybaveniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii činiacute 101Ω Hodnotu nesymetrie zaznamenejte

do protokolu

OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE

Ztraacuteta faacuteze se realizuje pomociacute spiacutenače v pracovniacutem stole kdy odpojiacuteme napaacutejeciacute faacutezi Změřte

čas od odpojeniacute faacuteze L2 do vybaveniacute ochrany při ztraacutetě faacuteze a poznamenejte do protokolu

66 Demonstrace ochran při použitiacute dynamometru

OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU

K testu ochrany při zablokovaacuteniacute rotoru posloužiacute dynamometr jehož hřiacutedel je spojenaacute se hřiacutedeliacute

asynchronniacuteho motoru pomociacute spojky Hřiacutedel dynamometru je poteacute mechanicky zablokovaacutena

Stiskem přiacuteslušneacuteho tlačiacutetka je proveden start motoru a sledovaacuten proud při odpojeniacute motoru od

siacutetě a čas odpojeniacute Proud při vybaveniacute ochrany při mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru dosaacutehl

hodnoty 1978A což odpoviacutedaacute 582In

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute ndash (High current protection)

Pro simulaci proudoveacuteho přetiacuteženiacute maacuteme nastavenou hodnotu odebiacuteraneacuteho proudu na 130 pro

odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě Snižovaacuteniacutem jmenovityacutech otaacuteček motoru pomociacute dynamometru

(bržděniacutem tzn n rarr 0) dochaacuteziacute k naacuterůstu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu I Odpojeniacute nastalo při

odebiacuteraneacutem proudu 447A Nastaveneacute hodnotě (13In ) naacuteležiacute proud 442A Tiacutem lze konstatovat

že vyacutesledek měřeniacute je srovnatelnyacute s hodnotami uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute

Stav proudoveacuteho podtiacuteženiacute nedostatečneacuteho proudoveacuteho zatiacuteženiacute použiacutevanyacute zejmeacutena u čerpadel

je simulovaacuten pomociacute dynamometru kdy je nastavenaacute hodnota poklesu aktuaacutelniacuteho proudu na

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 58

085In a čas odpojeniacute od siacutetě na 10s Po roztočeniacute a zatiacuteženiacute motoru na hodnotu jmenoviteacuteho

proudu jsou pomociacute dynamometru zvyšovaacuteny otaacutečky motoru n Tento proces maacute za naacutesledek

snižovaacuteniacute aktuaacutelniacuteho proteacutekaneacuteho proudu I kdy motor ztraacuteciacute zatiacuteženiacute Nastaveneacute hodnotě

podtiacuteženiacute odpoviacutedaacute aktuaacutelniacute proud 289A Při dosaženiacute teacuteto uacuterovně je spuštěn odpočet a motor za

10s odpojen

67 Vyhodnoceniacute a zaacutevěr

Vyacutesledkem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute technologiiacute pro diagnostiku

veličin při chodu trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru Při demonstračniacute simulaci ochran byly

dosaženy naacutesledujiacuteciacute vyacutesledky PTC ochrana vybavuje při hodnotě odporu 341kΩ Tato hodnota

odpoviacutedaacute teplotě ϑg = 136degC odečteneacute z grafu Vypočtenaacute teplota ϑ = 13626degC Vyacuterobce uvaacutediacute

zapůsobeniacute ochrany při hodnotě odporu v rozsahu 34-38kΩ Zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů L2 a

L3 proběhla okamžitaacute blokace spuštěniacute motoru Faacutezovaacute nesymetrie vybavila při poklesu napětiacute o

5 Ztraacutetou napaacutejeciacute faacuteze proběhlo odpojeniacute motoru v čase t = 15s Čas odpojeniacute odpoviacutedaacute třiacutedě

přetiacuteženiacute 5E kteraacute je nastavena

Při testu za použitiacute dynamometru bylo zjištěno že při zablokovaneacutem rotoru motoru zapůsobil

kontroleacuter při nastaveneacutem přetiacuteženiacute 3In Teacuteto hodnotě naacuteležiacute proud 102A Jelikož je nastavena

třiacuteda přetiacuteženiacute 5E ktereacute naacuteležiacute interval 15s a poteacute odpojeniacute motoru tak během tohoto okamžiku

vzrostla hodnota proudu na 1978A což odpoviacutedaacute 582In Při proudoveacutem přetiacuteženiacute odpoviacutedaly

vyacutesledky měřeniacute nastaveneacute hodnotě přetiacuteženiacute 13In Ve stavu proudoveacuteho podtiacuteženiacute zapůsobila

ochrana spraacutevně dle nastaveneacuteho poklesu proudu na 085In

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 43: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 43

Obr 43 Vizuaacutelniacute naacutevrh čelniacuteho panelu s rozvrženiacutem komponent

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 44

42 Scheacutema zapojeniacute přiacutepravku

Demonstračniacute panel je uzpůsoben pro reverzniacute chod trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 44 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho přiacutepravku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 45

43 Vyacuteslednyacute přiacutepravek

Vyacuteslednyacute osazenyacute a zapojenyacute přiacutepravek určenyacute pro laboratorniacute uacutelohu doplněnyacute vhodnyacutemi

štiacutetky pro ovlaacutedaacuteniacute a zapojeniacute napaacutejeciacute siacutetě (VSTUP) a motoru (VYacuteSTUP)

Obr 45 Demonstračniacute přiacutepravek

Zadniacute čaacutest panelu s izolovaacuteniacutem konektorů FASTON pomociacute teplem smrštitelneacute bužiacuterky před

nebezpečnyacutem dotykem živeacute čaacutesti

Obr 46 Zadniacute pohled

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 46

44 Demonstračniacute kufr pro ABB

Pro společnost ABB sro byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 prezentujiacuteciacute

jeho možnosti Zaacutekladniacutem požadavkem naacutevrhu bylo řešeniacute pomociacute jednofaacutezoveacuteho napaacutejeniacute

Jelikož UMC100 je uzpůsobeno pro chod trojfaacutezovyacutech motorů je použit frekvenčniacute měnič

ACS50 kteryacute nabiacuteziacute při napaacutejeniacute pomociacute jednofaacutezoveacute siacutetě na sveacutem vyacutestupu napětiacute 3x230V50Hz

Pro digitaacutelniacute vstupy UMC100 a rozšiřovaciacuteho modulu DX111 je navrženo použitiacute dvoupoacutelovyacutech

paacutečkovyacutech přepiacutenačů s funkciacute (ON)-OFF-ON s napětiacutem 24V DC K signalizaci aktivniacutech vstupů

a vyacutestupů je navrženo použitiacute zelenyacutech signaacutelek Ovlaacutedaciacute panel kufru obsahuje spiacutenače pro

simulaci ztraacutety napaacutejeciacute faacuteze motoru potenciometr k simulaci faacutezoveacute nesymetrie daacutele červenou

signaacutelku pro signalizaci poruchovyacutech stavů a žlutou pro chod motoru Všechny přepiacutenače a

signaacutelky jsou přiacutestupneacute uživateli prostřednictviacutem navrženeacuteho ovlaacutedaciacuteho panelu kteryacute současně

posloužiacute jako kryt kufru (Obr 02) Jelikož pro přenosnyacute kufr neniacute nejvhodnějšiacute použitiacute

asynchronniacuteho motoru je proto použit 6-poacutelovyacute synchronniacute motor s přiacutekonem 23VA

vyacutestupniacutem vyacutekonem 105W a jmenovityacutem proudem 100mA

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 47

Obr 47 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho kufru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 48

SIMULACE OCHRAN 5Kapitola obsahuje soupis simulaciacute ochran ktereacute jsou demonstrovaacuteny v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jež se zabyacutevaacute problematikou UMC100 Z širokeacute škaacutely ochran jsou vybraacuteny 4 situace ktereacute

se v průmyslu často vyskytujiacute

51 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

K nasimulovaacuteniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii je použit posuvnyacute potenciometr kteryacute je

připojen na svorky (12) Pomociacute potenciometru bude snižovaacutena velikost napětiacute na přiacutevodniacute faacutezi

do motoru (L1) Pro demonstraci ochrany je použit napěťovyacute modul VI150 spolu s UMC100 Na

svorky modulu označeneacute (L1L2 a L3) jsou přivedeny faacuteze v uvedeneacutem sledu Při zvyšovaacuteniacute

odporu rezistoru ve faacutezi dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute napětiacute na přiacutevodniacute svorce (L1) vlivem rostouciacuteho

uacutebytku napětiacute na daneacutem rezistoru Je-li napěťovyacute modul propojen vodičem s UMC a je-li spraacutevně

nastaven UMC vyhodnotiacute po určiteacutem poklesu napětiacute a naacuterůstu proudu ve zbylyacutech dvou faacuteziacutech

(L2 a L3) jako chybovou a vybaviacute Nejprve bude vybaveno varovaacuteniacute a poteacute dojde k odpojeniacute

motoru

52 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze je motor vystaven vysokeacutemu riziku což většinou vede k jeho

zničeniacute Demonstrace ochrany proběhne uacuteplnyacutem odpojeniacutem napaacutejeciacute faacuteze L2 Pro vybaveniacute

ochrany neniacute zapotřebiacute aby byl motor v chodu neboť použitiacute napěťoveacuteho modulu VI150

detekuje nepřiacutetomnost napětiacute faacuteze a vybaviacute Při chodu motoru ochrana vybaviacute od 15s pro třiacutedu

5E a do 12s pro 40E podle nastaveneacute třiacutedy přetiacuteženiacute viz Tab 32 Princip funkce při chodu

motoru spočiacutevaacute v porovnaacuteniacute nejvyššiacute a nejnižšiacute naměřeneacute hodnoty faacutezoveacuteho proudu s

nastavenyacutemi uacuterovněmi Vyacutehodou je že signalizuje varovaacuteniacute ještě před samotnyacutem spuštěniacutem

motoru kdy může nastat stav že je přepaacutelena pojistka a obsluha toto nezaznamenala Mimo

přepaacuteleneacute pojistky se může takeacute jednat o uvolněnyacute nebo opotřebenyacute kontakt

53 Ochrana sledu faacuteziacute

Pro spraacutevnyacute chod motoru a diagnostiku pomociacute kontroleacuteru s použitiacutem napěťoveacuteho modulu je

zapotřebiacute dodržet sled faacuteziacute tzn Faacutezovyacute vodič L1rarrsvorka L1 L2 rarrsvorka L3 a L3rarrsvorka L3

Při zaacuteměně některyacutech faacutezovyacutech vodičů neprodleně vybaviacute ochrana sledu faacuteziacute a neniacute dovoleno

spuštěniacute motoru do okamžiku dokud neniacute obsluhou tento probleacutem vyřešen

54 PTC ochrana

Pro vyhodnocovaacuteniacute teploty vinutiacute statoru motoru sloužiacute termistor PTC Při zvyacutešeniacute teploty

nastaacutevaacute zvyacutešeniacute odporu termistoru (viz Obr 38) a motor odpojiacute Udaacutevanaacute odezva UMC na

změnu odporu je v rozmeziacute R = 34-38kΩ

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 49

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany

Z důvodu ochrany motoru neniacute vhodneacute vystavovat motor zvyacutešeneacute teplotě pro nastiacuteněniacute funkce

PTC ochrany Pro tento uacutečel posloužiacute zhotovenyacute box osazenyacute lineaacuterniacutem potenciometrem

s hodnotou odporu 25kΩ jemuž jsou předřazeny odpory 1kΩ a 330Ω

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 50

LABORATORNIacute UacuteLOHA 6

61 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100

Uacutekolem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute řiacutediacuteciacute a kontrolniacute jednotkou pro

provoz trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru UMC100

Motorovyacute kontroleacuter nabiacuteziacute 3 releacuteoveacute vyacutestupy Tyto vyacutestupy jsou připojitelneacute na napětiacute 230V AC s

maximaacutelniacutem proudem 1A Releacuteoveacute vyacutestupy sloužiacute zejmeacutena pro připojeniacute budiacuteciacutech ciacutevek stykačů

Hlavniacute vstupy jsou tvořeny seacuteriiacute svorek jež je umiacutestěnaacute ve spodniacute čaacutesti kontroleacuteru Svorky nesou

označeniacute (DI0 DI1 hellip DI5) Tyto digitaacutelniacute vstupy pracujiacute s napětiacutem 24V DC a sloužiacute pro

připojeniacute ovlaacutedaciacutech tlačiacutetek jako start motoru stop motoru reverzaci rozběh hvězda-trojuacutehelniacutek

nebo např použitiacute vstupu pro koncovyacute spiacutenač pro připojeniacute pomocnyacutech kontaktů stykačů či

funkci aktuaacutetor kdy je ovlaacutedaacuten pohon ventilu Vše podle nastaveniacute uživatele a pracovniacuteho

procesu Vedle hlavniacutech vstupniacutech kontaktů se nachaacuteziacute takeacute jeden vyacutestupniacute s označeniacutem (DO3)

Tento digitaacutelniacute vyacutestup lze využiacutet k připojeniacute 24V DC signalizačniacute kontrolky pro chybovaacute hlaacutešeniacute

modulu UMC100 nabiacuteziacute integrovanyacute vstup pro připojeniacute PTC termistoru Diacuteky PTC jsme

schopni hliacutedat teplotu statoroveacuteho vinutiacute a předejiacutet tiacutem zaacutevažneacutemu poškozeniacute motoru

Hlavniacute obvod

Měřeniacute proudu faacutezovyacutemi vodiči je řešeno pomociacute 3 průvlečnyacutech ok integrovanyacutech v modulu

Tato průvlečnaacute oka jsou měřiacuteciacutemi transformaacutetory proudu navinutyacutemi na toroidniacutem jaacutedře Diacuteky

těmto transformaacutetorům je kontroleacuter schopnyacute měřit proud v rozsahu 024 až 63A Pro vyššiacute

hodnoty proudů až 850A se použiacutevaacute externiacute proudovyacute transformaacutetor

Možnost rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru

UMC se v průmyslovyacutech aplikaciacutech nejčastěji použiacutevaacute s využitiacutem napěťoveacuteho a rozšiřovaciacuteho

(vstupně-vyacutestupniacuteho) modulu Pro laboratorniacute uacutelohu je použit napěťovyacute modul VI150 a

rozšiřovaciacute modul DX122 jenž jsou připojeny k UMC pomociacute UMCIO-CAB přes svorky

s označeniacutem Ca a Cb

Napěťovyacute modul VI150

K demonstraci kontroleacuteru je použit modul s označeniacutem VI150 Zařiacutezeniacute disponuje konektory pro

připojeniacute faacutezovyacutech vodičů (L1 L2 a L3) a je schopneacute měřit hodnotu sdruženeacuteho napětiacute siacutetě

S naměřenyacutemi hodnotami faacutezoveacuteho proudu pomociacute UMC dostaacutevaacuteme takeacute hodnotu faacutezoveacuteho

posuvu mezi napětiacutem a proudem tedy uacutečiniacuteku cos φ Z těchto naměřenyacutech parametrů vypočiacutetaacute

řiacutediacuteciacute jednotka kontroleacuteru činnyacute přiacutekon Ovšem pro spraacutevnou detekci napětiacute je nutneacute dodržet

zapojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 51

Vstupně-vyacutestupniacute modul DX122

Modul umožňuje rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru o dalšiacutech 8 digitaacutelniacutech vstupů na napětiacute 110-230V AC 4

releacuteoveacute vyacutestupy a 1 analogovyacute vyacutestup Pomociacute programu ABB Asset Vision Basic je možneacute

přiacutemeacute přiřazeniacute parametrů a programovaacuteniacute UMC100 a takeacute všech zařiacutezeniacute kteraacute jsou vybavena

DTM (Device Type Manager)- naacutestroj pro konfiguraci a spraacutevu zařiacutezeniacute

Komunikačniacute modul MTQ22

O komunikaci mezi UMC a PC se staraacute modul MTQ22 V software vytvořeneacutem pomociacute

vyacutevojoveacuteho prostřediacute LabVIEW lze sledovat aktuaacutelniacute měřeneacute veličiny zobrazenaacute varovaacuteniacute

poruchovyacutech stavů informace o stavu vstupů a vyacutestupů apod

Napaacutejeciacute zdroj

Napaacutejeniacute modulů zajišťuje zdroj CP-D 2413A s regulaciacute vyacutestupniacuteho napětiacute Regulace je možnaacute

v rozpětiacute 24-28V DC Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute zdroje je umožněna z důvodu požadavku

přesneacuteho napětiacute 24V DC Vlivem zatiacuteženiacute (napaacutejeniacute UMC VI a DX) vyacutestupniacute napětiacute zdroje klesaacute

podle zatěžovaciacute charakteristiky přiacuteslušneacuteho zdroje CP-D sloužiacute takeacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacutech

vstupů UMC

Ochranneacute funkce

UMC nenabiacuteziacute pouze možnost měřeniacute faacutezoveacuteho proudu ale takeacute řadu ochran při poruchovyacutech

stavech provozu Nejčastěji v praxi využiacutevanaacute ochrana je ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute kteraacute

je doprovaacutezena varovnou signalizaciacute nastaacutevajiacuteciacute poruchy

Ochrana motoru při proudoveacutem podtiacuteženiacute pracuje na obdobneacutem principu jako předchoziacute ochrana

Kontroleacuter monitoruje hladinu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu Při jeho poklesu pod nastavenou

uacuteroveň maximaacutelniacuteho dovoleneacuteho poklesu (udaacutevaneacute relativně v k jmenoviteacutemu In) dochaacuteziacute k

signalizaci chyby a odpojeniacute motoru od siacutetě

PTC ochrana spočiacutevaacute v hliacutedaacuteniacute teploty statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru pomociacute PTC

termistoru V našem přiacutepadě je použito lineaacuterniacuteho potenciometru kdy se zvyšujiacuteciacutem se odporem

potenciometru simulujeme zvyšujiacuteciacute se teplotu statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru

Při ztraacutetě některeacute napaacutejeciacute faacuteze motoru dochaacuteziacute k okamžiteacutemu blokovaacuteniacute startu motoru

Ochrana sledu faacuteziacute zajistiacute spraacutevneacute zapojeniacute vodičů L1 L2 a L3 ktereacute je slučitelneacute s nastaveniacutem v

UMC

Vlivem přerušovaneacuteho provozu např S3 kdy nedochaacuteziacute v době klidu a odpojeniacute motoru k

poklesu teploty na teplotu okoliacute může vybavit Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute - Thermal

Overload Protection (TOL)

Zablokovaniacute rotoru byacutevaacute způsobeno přiacuteliš vysokyacutem zaacutetěžnyacutem momentem Mz na hřiacutedeli motoru

nebo mechanickou poruchou Kontroleacuter je při startu schopen detekovat tento stav

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 52

62 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute uacutelohy a scheacutema zapojeniacute panelu

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 53

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 54

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha

Štiacutetek použiteacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 64 Štiacutetek motoru

63 Popis scheacutematu zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

Na vstupniacute svorky s označeniacutem VSTUP (L1 L2 L3 N PE) jsou přivedeny přiacuteslušneacute vodiče

z pracovniacuteho stolu Hlavniacute 16A jistič s vypiacutenaciacute charakteristikou typu C sloužiacute pro jištěniacute siloveacute

čaacutesti obvodu Pro jištěniacute napaacutejeciacuteho zdroje CP-D sloužiacute tavnaacute pojistka 2T250V Napěťoveacute

vstupy na modul VI150 jsou jištěny tavnou pojistkou F125250V Posuvnyacute potenciometr

umiacutestěnyacute na faacutezoveacutem vodiči L1 sloužiacute k demonstraci ochrany při faacutezoveacute nesymetrii

Komunikačniacute modul MTQ22 zajišťuje komunikaci mezi UMC a PC kdy prostřednictviacutem

Ethernetoveacute siacutetě jsme schopni čiacutest měřeneacute veličiny

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 55

64 Pracovniacute postup

1 Seznamte se s kontroleacuterem UMC100 a ostatniacutemi komponenty použityacutemi pro laboratorniacute

uacutelohu a se scheacutematem zapojeniacute uacutelohy

2 Připojte elektromotor a vstupniacute svorky na přiacuteslušneacute zdiacuteřky Před připojeniacutem vyacutekonoveacuteho

potenciometru ověřte měřeniacutem jeho minimaacutelniacute a maximaacutelniacute hodnotu odporu a

poznamenejte si je

3 Připojte potenciometr na určeneacute zdiacuteřky označeneacute čiacutesly 1 a 2 a nastavte hodnotu odporu

4 Po kontrole zapojeniacute vyučujiacuteciacutem zapněte pracoviště a nastavte autotransformaacutetor na 100

vyacutestupniacuteho napětiacute Zapněte hlavniacute jistič Kontrola a nastaveniacute komunikace mezi UMC

DX a VI

Nastaveniacute Komunikace se provede přes LCD displej naacutesledujiacuteciacutem způsobem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on

5 Stiskem tlačiacutetka VPŘED nebo VZAD na panelu uvedeme motor do chodu Pro přechod

z jednoho směru do druheacuteho je nutneacute nejprve zastavit motor tlačiacutetkem STOP Při

zastaveniacute je kontroleacuterem motor blokovaacuten po dobu 3s před dalšiacutem spuštěniacutem z důvodu

doběhu motoru Pohybem tlačiacutetek nahoru dolů pomociacute LCD v hlavniacute nabiacutedce - UMC -

můžeme sledovat aktuaacutelniacute proud motoru sdruženeacute napětiacute odebiacuteranyacute přiacutekon ze siacutetě

uacutečiniacutekhellip

6 Při provaacuteděniacute uacutelohy na brzdě (dynamometru) ověřte funkci ochrany při zablokovaacuteniacute

rotoru funkci ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a proudoveacutem přetiacuteženiacute

7 Při vybaveniacute každeacute z ochran zaznamenejte hodnotu kdy vypnula Před novyacutem startem je

důležiteacute přečiacutest zaacuteznam důvodu poruchy a proveacutest reset na panelu UMC100-PAN jinak je

START blokovaacuten

65 Měřeniacute

OCHRANA PŘED PŘEHŘAacuteTIacuteM MOTORU

Potenciometrem označenyacutem PTC je zvyšovaacutena hodnotu odporu do okamžiku kdy dojde

k odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě zapůsobeniacutem PTC ochrany Hodnota odporu potenciometru

při vybaveniacute ochrany je určena měřeniacutem na 341kΩ Odpoviacutedajiacuteciacute hodnotu teploty motoru

odečteme z grafu a hodnoty odporu potenciometru při vypnutiacute

Do tabulky zapište změřenou hodnotu odporu potenciometru při vypnutiacute Při teacuteto hodnotě odporu

odečtěte teplotu motoru z grafu Ziacuteskanou teplotu porovnejte s vypočtenou teplotou motoru

Tabulka naměřenyacutech a vypočtenyacutech hodnot

R ϑg R0 ϑ

[Ω] [degC] [Ω] [degC]

3410 136 1320 13626

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 56

Vyacutepočet vychaacuteziacute ze vztahu pro zaacutevislost elektrickeacuteho odporu vodiče na teplotě

(651)

kde

(652)

Po uacutepravě pak

α - teplotniacute součinitel elektrickeacuteho odporu (K-1

) (α = 001162 K-1

)

R0 - odpor potenciometru v zaacutekladniacute poloze

R - odpor potenciometru při vybaveniacute ochrany

ϑg - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute odečtenaacute z grafu

ϑ - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute ndash vypočtenaacute

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

R [

Ω]

ϑ [degC]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 57

Vinutiacute motoru je izolovaacuteno izolaciacute třiacutedy F (155)

Třiacuteda izolace A E B F H

Okolniacute teplota [degC] 40 40 40 40 40

Povolenyacute naacuterůst teploty [degC] 60 75 80 105 125

Teplotniacute rezerva 5 5 10 10 15

Konečnaacute teplota 105 120 130 155 180

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru [12]

OCHRANA PŘED NESPRAacuteVNYacuteM SLEDEM FAacuteZIacute

Nedodrženiacutem sledu napaacutejeciacutech faacutezovyacutech vodičů (zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů svorek L2 a L3)

jak je nastaveno v UMC provaacutediacute napěťovyacute modul blokaci startu motoru V tomto přiacutepadě

vybavuje neprodleně ochrana sledu faacuteziacute ndashPhase sequence Funkci zaznamenejte do protokolu

OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII

Zvyšovaacuteniacutem odporu vyacutekonoveacuteho potenciometru zapojeneacuteho ve faacutezi L1 (viz scheacutema zapojeniacute

uacutelohy) dochaacuteziacute k simulaci faacutezoveacute nesymetrie siacutetě Motor je odpojen v okamžiku kdy poklesne

hodnota sdruženeacuteho napětiacute mezi faacutezemi L3 a L1 přibližně na hodnotu Us = 380V Velikost

odporu při vybaveniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii činiacute 101Ω Hodnotu nesymetrie zaznamenejte

do protokolu

OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE

Ztraacuteta faacuteze se realizuje pomociacute spiacutenače v pracovniacutem stole kdy odpojiacuteme napaacutejeciacute faacutezi Změřte

čas od odpojeniacute faacuteze L2 do vybaveniacute ochrany při ztraacutetě faacuteze a poznamenejte do protokolu

66 Demonstrace ochran při použitiacute dynamometru

OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU

K testu ochrany při zablokovaacuteniacute rotoru posloužiacute dynamometr jehož hřiacutedel je spojenaacute se hřiacutedeliacute

asynchronniacuteho motoru pomociacute spojky Hřiacutedel dynamometru je poteacute mechanicky zablokovaacutena

Stiskem přiacuteslušneacuteho tlačiacutetka je proveden start motoru a sledovaacuten proud při odpojeniacute motoru od

siacutetě a čas odpojeniacute Proud při vybaveniacute ochrany při mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru dosaacutehl

hodnoty 1978A což odpoviacutedaacute 582In

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute ndash (High current protection)

Pro simulaci proudoveacuteho přetiacuteženiacute maacuteme nastavenou hodnotu odebiacuteraneacuteho proudu na 130 pro

odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě Snižovaacuteniacutem jmenovityacutech otaacuteček motoru pomociacute dynamometru

(bržděniacutem tzn n rarr 0) dochaacuteziacute k naacuterůstu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu I Odpojeniacute nastalo při

odebiacuteraneacutem proudu 447A Nastaveneacute hodnotě (13In ) naacuteležiacute proud 442A Tiacutem lze konstatovat

že vyacutesledek měřeniacute je srovnatelnyacute s hodnotami uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute

Stav proudoveacuteho podtiacuteženiacute nedostatečneacuteho proudoveacuteho zatiacuteženiacute použiacutevanyacute zejmeacutena u čerpadel

je simulovaacuten pomociacute dynamometru kdy je nastavenaacute hodnota poklesu aktuaacutelniacuteho proudu na

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 58

085In a čas odpojeniacute od siacutetě na 10s Po roztočeniacute a zatiacuteženiacute motoru na hodnotu jmenoviteacuteho

proudu jsou pomociacute dynamometru zvyšovaacuteny otaacutečky motoru n Tento proces maacute za naacutesledek

snižovaacuteniacute aktuaacutelniacuteho proteacutekaneacuteho proudu I kdy motor ztraacuteciacute zatiacuteženiacute Nastaveneacute hodnotě

podtiacuteženiacute odpoviacutedaacute aktuaacutelniacute proud 289A Při dosaženiacute teacuteto uacuterovně je spuštěn odpočet a motor za

10s odpojen

67 Vyhodnoceniacute a zaacutevěr

Vyacutesledkem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute technologiiacute pro diagnostiku

veličin při chodu trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru Při demonstračniacute simulaci ochran byly

dosaženy naacutesledujiacuteciacute vyacutesledky PTC ochrana vybavuje při hodnotě odporu 341kΩ Tato hodnota

odpoviacutedaacute teplotě ϑg = 136degC odečteneacute z grafu Vypočtenaacute teplota ϑ = 13626degC Vyacuterobce uvaacutediacute

zapůsobeniacute ochrany při hodnotě odporu v rozsahu 34-38kΩ Zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů L2 a

L3 proběhla okamžitaacute blokace spuštěniacute motoru Faacutezovaacute nesymetrie vybavila při poklesu napětiacute o

5 Ztraacutetou napaacutejeciacute faacuteze proběhlo odpojeniacute motoru v čase t = 15s Čas odpojeniacute odpoviacutedaacute třiacutedě

přetiacuteženiacute 5E kteraacute je nastavena

Při testu za použitiacute dynamometru bylo zjištěno že při zablokovaneacutem rotoru motoru zapůsobil

kontroleacuter při nastaveneacutem přetiacuteženiacute 3In Teacuteto hodnotě naacuteležiacute proud 102A Jelikož je nastavena

třiacuteda přetiacuteženiacute 5E ktereacute naacuteležiacute interval 15s a poteacute odpojeniacute motoru tak během tohoto okamžiku

vzrostla hodnota proudu na 1978A což odpoviacutedaacute 582In Při proudoveacutem přetiacuteženiacute odpoviacutedaly

vyacutesledky měřeniacute nastaveneacute hodnotě přetiacuteženiacute 13In Ve stavu proudoveacuteho podtiacuteženiacute zapůsobila

ochrana spraacutevně dle nastaveneacuteho poklesu proudu na 085In

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 44: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 44

42 Scheacutema zapojeniacute přiacutepravku

Demonstračniacute panel je uzpůsoben pro reverzniacute chod trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 44 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho přiacutepravku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 45

43 Vyacuteslednyacute přiacutepravek

Vyacuteslednyacute osazenyacute a zapojenyacute přiacutepravek určenyacute pro laboratorniacute uacutelohu doplněnyacute vhodnyacutemi

štiacutetky pro ovlaacutedaacuteniacute a zapojeniacute napaacutejeciacute siacutetě (VSTUP) a motoru (VYacuteSTUP)

Obr 45 Demonstračniacute přiacutepravek

Zadniacute čaacutest panelu s izolovaacuteniacutem konektorů FASTON pomociacute teplem smrštitelneacute bužiacuterky před

nebezpečnyacutem dotykem živeacute čaacutesti

Obr 46 Zadniacute pohled

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 46

44 Demonstračniacute kufr pro ABB

Pro společnost ABB sro byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 prezentujiacuteciacute

jeho možnosti Zaacutekladniacutem požadavkem naacutevrhu bylo řešeniacute pomociacute jednofaacutezoveacuteho napaacutejeniacute

Jelikož UMC100 je uzpůsobeno pro chod trojfaacutezovyacutech motorů je použit frekvenčniacute měnič

ACS50 kteryacute nabiacuteziacute při napaacutejeniacute pomociacute jednofaacutezoveacute siacutetě na sveacutem vyacutestupu napětiacute 3x230V50Hz

Pro digitaacutelniacute vstupy UMC100 a rozšiřovaciacuteho modulu DX111 je navrženo použitiacute dvoupoacutelovyacutech

paacutečkovyacutech přepiacutenačů s funkciacute (ON)-OFF-ON s napětiacutem 24V DC K signalizaci aktivniacutech vstupů

a vyacutestupů je navrženo použitiacute zelenyacutech signaacutelek Ovlaacutedaciacute panel kufru obsahuje spiacutenače pro

simulaci ztraacutety napaacutejeciacute faacuteze motoru potenciometr k simulaci faacutezoveacute nesymetrie daacutele červenou

signaacutelku pro signalizaci poruchovyacutech stavů a žlutou pro chod motoru Všechny přepiacutenače a

signaacutelky jsou přiacutestupneacute uživateli prostřednictviacutem navrženeacuteho ovlaacutedaciacuteho panelu kteryacute současně

posloužiacute jako kryt kufru (Obr 02) Jelikož pro přenosnyacute kufr neniacute nejvhodnějšiacute použitiacute

asynchronniacuteho motoru je proto použit 6-poacutelovyacute synchronniacute motor s přiacutekonem 23VA

vyacutestupniacutem vyacutekonem 105W a jmenovityacutem proudem 100mA

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 47

Obr 47 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho kufru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 48

SIMULACE OCHRAN 5Kapitola obsahuje soupis simulaciacute ochran ktereacute jsou demonstrovaacuteny v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jež se zabyacutevaacute problematikou UMC100 Z širokeacute škaacutely ochran jsou vybraacuteny 4 situace ktereacute

se v průmyslu často vyskytujiacute

51 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

K nasimulovaacuteniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii je použit posuvnyacute potenciometr kteryacute je

připojen na svorky (12) Pomociacute potenciometru bude snižovaacutena velikost napětiacute na přiacutevodniacute faacutezi

do motoru (L1) Pro demonstraci ochrany je použit napěťovyacute modul VI150 spolu s UMC100 Na

svorky modulu označeneacute (L1L2 a L3) jsou přivedeny faacuteze v uvedeneacutem sledu Při zvyšovaacuteniacute

odporu rezistoru ve faacutezi dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute napětiacute na přiacutevodniacute svorce (L1) vlivem rostouciacuteho

uacutebytku napětiacute na daneacutem rezistoru Je-li napěťovyacute modul propojen vodičem s UMC a je-li spraacutevně

nastaven UMC vyhodnotiacute po určiteacutem poklesu napětiacute a naacuterůstu proudu ve zbylyacutech dvou faacuteziacutech

(L2 a L3) jako chybovou a vybaviacute Nejprve bude vybaveno varovaacuteniacute a poteacute dojde k odpojeniacute

motoru

52 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze je motor vystaven vysokeacutemu riziku což většinou vede k jeho

zničeniacute Demonstrace ochrany proběhne uacuteplnyacutem odpojeniacutem napaacutejeciacute faacuteze L2 Pro vybaveniacute

ochrany neniacute zapotřebiacute aby byl motor v chodu neboť použitiacute napěťoveacuteho modulu VI150

detekuje nepřiacutetomnost napětiacute faacuteze a vybaviacute Při chodu motoru ochrana vybaviacute od 15s pro třiacutedu

5E a do 12s pro 40E podle nastaveneacute třiacutedy přetiacuteženiacute viz Tab 32 Princip funkce při chodu

motoru spočiacutevaacute v porovnaacuteniacute nejvyššiacute a nejnižšiacute naměřeneacute hodnoty faacutezoveacuteho proudu s

nastavenyacutemi uacuterovněmi Vyacutehodou je že signalizuje varovaacuteniacute ještě před samotnyacutem spuštěniacutem

motoru kdy může nastat stav že je přepaacutelena pojistka a obsluha toto nezaznamenala Mimo

přepaacuteleneacute pojistky se může takeacute jednat o uvolněnyacute nebo opotřebenyacute kontakt

53 Ochrana sledu faacuteziacute

Pro spraacutevnyacute chod motoru a diagnostiku pomociacute kontroleacuteru s použitiacutem napěťoveacuteho modulu je

zapotřebiacute dodržet sled faacuteziacute tzn Faacutezovyacute vodič L1rarrsvorka L1 L2 rarrsvorka L3 a L3rarrsvorka L3

Při zaacuteměně některyacutech faacutezovyacutech vodičů neprodleně vybaviacute ochrana sledu faacuteziacute a neniacute dovoleno

spuštěniacute motoru do okamžiku dokud neniacute obsluhou tento probleacutem vyřešen

54 PTC ochrana

Pro vyhodnocovaacuteniacute teploty vinutiacute statoru motoru sloužiacute termistor PTC Při zvyacutešeniacute teploty

nastaacutevaacute zvyacutešeniacute odporu termistoru (viz Obr 38) a motor odpojiacute Udaacutevanaacute odezva UMC na

změnu odporu je v rozmeziacute R = 34-38kΩ

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 49

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany

Z důvodu ochrany motoru neniacute vhodneacute vystavovat motor zvyacutešeneacute teplotě pro nastiacuteněniacute funkce

PTC ochrany Pro tento uacutečel posloužiacute zhotovenyacute box osazenyacute lineaacuterniacutem potenciometrem

s hodnotou odporu 25kΩ jemuž jsou předřazeny odpory 1kΩ a 330Ω

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 50

LABORATORNIacute UacuteLOHA 6

61 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100

Uacutekolem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute řiacutediacuteciacute a kontrolniacute jednotkou pro

provoz trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru UMC100

Motorovyacute kontroleacuter nabiacuteziacute 3 releacuteoveacute vyacutestupy Tyto vyacutestupy jsou připojitelneacute na napětiacute 230V AC s

maximaacutelniacutem proudem 1A Releacuteoveacute vyacutestupy sloužiacute zejmeacutena pro připojeniacute budiacuteciacutech ciacutevek stykačů

Hlavniacute vstupy jsou tvořeny seacuteriiacute svorek jež je umiacutestěnaacute ve spodniacute čaacutesti kontroleacuteru Svorky nesou

označeniacute (DI0 DI1 hellip DI5) Tyto digitaacutelniacute vstupy pracujiacute s napětiacutem 24V DC a sloužiacute pro

připojeniacute ovlaacutedaciacutech tlačiacutetek jako start motoru stop motoru reverzaci rozběh hvězda-trojuacutehelniacutek

nebo např použitiacute vstupu pro koncovyacute spiacutenač pro připojeniacute pomocnyacutech kontaktů stykačů či

funkci aktuaacutetor kdy je ovlaacutedaacuten pohon ventilu Vše podle nastaveniacute uživatele a pracovniacuteho

procesu Vedle hlavniacutech vstupniacutech kontaktů se nachaacuteziacute takeacute jeden vyacutestupniacute s označeniacutem (DO3)

Tento digitaacutelniacute vyacutestup lze využiacutet k připojeniacute 24V DC signalizačniacute kontrolky pro chybovaacute hlaacutešeniacute

modulu UMC100 nabiacuteziacute integrovanyacute vstup pro připojeniacute PTC termistoru Diacuteky PTC jsme

schopni hliacutedat teplotu statoroveacuteho vinutiacute a předejiacutet tiacutem zaacutevažneacutemu poškozeniacute motoru

Hlavniacute obvod

Měřeniacute proudu faacutezovyacutemi vodiči je řešeno pomociacute 3 průvlečnyacutech ok integrovanyacutech v modulu

Tato průvlečnaacute oka jsou měřiacuteciacutemi transformaacutetory proudu navinutyacutemi na toroidniacutem jaacutedře Diacuteky

těmto transformaacutetorům je kontroleacuter schopnyacute měřit proud v rozsahu 024 až 63A Pro vyššiacute

hodnoty proudů až 850A se použiacutevaacute externiacute proudovyacute transformaacutetor

Možnost rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru

UMC se v průmyslovyacutech aplikaciacutech nejčastěji použiacutevaacute s využitiacutem napěťoveacuteho a rozšiřovaciacuteho

(vstupně-vyacutestupniacuteho) modulu Pro laboratorniacute uacutelohu je použit napěťovyacute modul VI150 a

rozšiřovaciacute modul DX122 jenž jsou připojeny k UMC pomociacute UMCIO-CAB přes svorky

s označeniacutem Ca a Cb

Napěťovyacute modul VI150

K demonstraci kontroleacuteru je použit modul s označeniacutem VI150 Zařiacutezeniacute disponuje konektory pro

připojeniacute faacutezovyacutech vodičů (L1 L2 a L3) a je schopneacute měřit hodnotu sdruženeacuteho napětiacute siacutetě

S naměřenyacutemi hodnotami faacutezoveacuteho proudu pomociacute UMC dostaacutevaacuteme takeacute hodnotu faacutezoveacuteho

posuvu mezi napětiacutem a proudem tedy uacutečiniacuteku cos φ Z těchto naměřenyacutech parametrů vypočiacutetaacute

řiacutediacuteciacute jednotka kontroleacuteru činnyacute přiacutekon Ovšem pro spraacutevnou detekci napětiacute je nutneacute dodržet

zapojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 51

Vstupně-vyacutestupniacute modul DX122

Modul umožňuje rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru o dalšiacutech 8 digitaacutelniacutech vstupů na napětiacute 110-230V AC 4

releacuteoveacute vyacutestupy a 1 analogovyacute vyacutestup Pomociacute programu ABB Asset Vision Basic je možneacute

přiacutemeacute přiřazeniacute parametrů a programovaacuteniacute UMC100 a takeacute všech zařiacutezeniacute kteraacute jsou vybavena

DTM (Device Type Manager)- naacutestroj pro konfiguraci a spraacutevu zařiacutezeniacute

Komunikačniacute modul MTQ22

O komunikaci mezi UMC a PC se staraacute modul MTQ22 V software vytvořeneacutem pomociacute

vyacutevojoveacuteho prostřediacute LabVIEW lze sledovat aktuaacutelniacute měřeneacute veličiny zobrazenaacute varovaacuteniacute

poruchovyacutech stavů informace o stavu vstupů a vyacutestupů apod

Napaacutejeciacute zdroj

Napaacutejeniacute modulů zajišťuje zdroj CP-D 2413A s regulaciacute vyacutestupniacuteho napětiacute Regulace je možnaacute

v rozpětiacute 24-28V DC Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute zdroje je umožněna z důvodu požadavku

přesneacuteho napětiacute 24V DC Vlivem zatiacuteženiacute (napaacutejeniacute UMC VI a DX) vyacutestupniacute napětiacute zdroje klesaacute

podle zatěžovaciacute charakteristiky přiacuteslušneacuteho zdroje CP-D sloužiacute takeacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacutech

vstupů UMC

Ochranneacute funkce

UMC nenabiacuteziacute pouze možnost měřeniacute faacutezoveacuteho proudu ale takeacute řadu ochran při poruchovyacutech

stavech provozu Nejčastěji v praxi využiacutevanaacute ochrana je ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute kteraacute

je doprovaacutezena varovnou signalizaciacute nastaacutevajiacuteciacute poruchy

Ochrana motoru při proudoveacutem podtiacuteženiacute pracuje na obdobneacutem principu jako předchoziacute ochrana

Kontroleacuter monitoruje hladinu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu Při jeho poklesu pod nastavenou

uacuteroveň maximaacutelniacuteho dovoleneacuteho poklesu (udaacutevaneacute relativně v k jmenoviteacutemu In) dochaacuteziacute k

signalizaci chyby a odpojeniacute motoru od siacutetě

PTC ochrana spočiacutevaacute v hliacutedaacuteniacute teploty statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru pomociacute PTC

termistoru V našem přiacutepadě je použito lineaacuterniacuteho potenciometru kdy se zvyšujiacuteciacutem se odporem

potenciometru simulujeme zvyšujiacuteciacute se teplotu statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru

Při ztraacutetě některeacute napaacutejeciacute faacuteze motoru dochaacuteziacute k okamžiteacutemu blokovaacuteniacute startu motoru

Ochrana sledu faacuteziacute zajistiacute spraacutevneacute zapojeniacute vodičů L1 L2 a L3 ktereacute je slučitelneacute s nastaveniacutem v

UMC

Vlivem přerušovaneacuteho provozu např S3 kdy nedochaacuteziacute v době klidu a odpojeniacute motoru k

poklesu teploty na teplotu okoliacute může vybavit Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute - Thermal

Overload Protection (TOL)

Zablokovaniacute rotoru byacutevaacute způsobeno přiacuteliš vysokyacutem zaacutetěžnyacutem momentem Mz na hřiacutedeli motoru

nebo mechanickou poruchou Kontroleacuter je při startu schopen detekovat tento stav

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 52

62 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute uacutelohy a scheacutema zapojeniacute panelu

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 53

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 54

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha

Štiacutetek použiteacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 64 Štiacutetek motoru

63 Popis scheacutematu zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

Na vstupniacute svorky s označeniacutem VSTUP (L1 L2 L3 N PE) jsou přivedeny přiacuteslušneacute vodiče

z pracovniacuteho stolu Hlavniacute 16A jistič s vypiacutenaciacute charakteristikou typu C sloužiacute pro jištěniacute siloveacute

čaacutesti obvodu Pro jištěniacute napaacutejeciacuteho zdroje CP-D sloužiacute tavnaacute pojistka 2T250V Napěťoveacute

vstupy na modul VI150 jsou jištěny tavnou pojistkou F125250V Posuvnyacute potenciometr

umiacutestěnyacute na faacutezoveacutem vodiči L1 sloužiacute k demonstraci ochrany při faacutezoveacute nesymetrii

Komunikačniacute modul MTQ22 zajišťuje komunikaci mezi UMC a PC kdy prostřednictviacutem

Ethernetoveacute siacutetě jsme schopni čiacutest měřeneacute veličiny

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 55

64 Pracovniacute postup

1 Seznamte se s kontroleacuterem UMC100 a ostatniacutemi komponenty použityacutemi pro laboratorniacute

uacutelohu a se scheacutematem zapojeniacute uacutelohy

2 Připojte elektromotor a vstupniacute svorky na přiacuteslušneacute zdiacuteřky Před připojeniacutem vyacutekonoveacuteho

potenciometru ověřte měřeniacutem jeho minimaacutelniacute a maximaacutelniacute hodnotu odporu a

poznamenejte si je

3 Připojte potenciometr na určeneacute zdiacuteřky označeneacute čiacutesly 1 a 2 a nastavte hodnotu odporu

4 Po kontrole zapojeniacute vyučujiacuteciacutem zapněte pracoviště a nastavte autotransformaacutetor na 100

vyacutestupniacuteho napětiacute Zapněte hlavniacute jistič Kontrola a nastaveniacute komunikace mezi UMC

DX a VI

Nastaveniacute Komunikace se provede přes LCD displej naacutesledujiacuteciacutem způsobem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on

5 Stiskem tlačiacutetka VPŘED nebo VZAD na panelu uvedeme motor do chodu Pro přechod

z jednoho směru do druheacuteho je nutneacute nejprve zastavit motor tlačiacutetkem STOP Při

zastaveniacute je kontroleacuterem motor blokovaacuten po dobu 3s před dalšiacutem spuštěniacutem z důvodu

doběhu motoru Pohybem tlačiacutetek nahoru dolů pomociacute LCD v hlavniacute nabiacutedce - UMC -

můžeme sledovat aktuaacutelniacute proud motoru sdruženeacute napětiacute odebiacuteranyacute přiacutekon ze siacutetě

uacutečiniacutekhellip

6 Při provaacuteděniacute uacutelohy na brzdě (dynamometru) ověřte funkci ochrany při zablokovaacuteniacute

rotoru funkci ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a proudoveacutem přetiacuteženiacute

7 Při vybaveniacute každeacute z ochran zaznamenejte hodnotu kdy vypnula Před novyacutem startem je

důležiteacute přečiacutest zaacuteznam důvodu poruchy a proveacutest reset na panelu UMC100-PAN jinak je

START blokovaacuten

65 Měřeniacute

OCHRANA PŘED PŘEHŘAacuteTIacuteM MOTORU

Potenciometrem označenyacutem PTC je zvyšovaacutena hodnotu odporu do okamžiku kdy dojde

k odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě zapůsobeniacutem PTC ochrany Hodnota odporu potenciometru

při vybaveniacute ochrany je určena měřeniacutem na 341kΩ Odpoviacutedajiacuteciacute hodnotu teploty motoru

odečteme z grafu a hodnoty odporu potenciometru při vypnutiacute

Do tabulky zapište změřenou hodnotu odporu potenciometru při vypnutiacute Při teacuteto hodnotě odporu

odečtěte teplotu motoru z grafu Ziacuteskanou teplotu porovnejte s vypočtenou teplotou motoru

Tabulka naměřenyacutech a vypočtenyacutech hodnot

R ϑg R0 ϑ

[Ω] [degC] [Ω] [degC]

3410 136 1320 13626

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 56

Vyacutepočet vychaacuteziacute ze vztahu pro zaacutevislost elektrickeacuteho odporu vodiče na teplotě

(651)

kde

(652)

Po uacutepravě pak

α - teplotniacute součinitel elektrickeacuteho odporu (K-1

) (α = 001162 K-1

)

R0 - odpor potenciometru v zaacutekladniacute poloze

R - odpor potenciometru při vybaveniacute ochrany

ϑg - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute odečtenaacute z grafu

ϑ - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute ndash vypočtenaacute

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

R [

Ω]

ϑ [degC]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 57

Vinutiacute motoru je izolovaacuteno izolaciacute třiacutedy F (155)

Třiacuteda izolace A E B F H

Okolniacute teplota [degC] 40 40 40 40 40

Povolenyacute naacuterůst teploty [degC] 60 75 80 105 125

Teplotniacute rezerva 5 5 10 10 15

Konečnaacute teplota 105 120 130 155 180

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru [12]

OCHRANA PŘED NESPRAacuteVNYacuteM SLEDEM FAacuteZIacute

Nedodrženiacutem sledu napaacutejeciacutech faacutezovyacutech vodičů (zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů svorek L2 a L3)

jak je nastaveno v UMC provaacutediacute napěťovyacute modul blokaci startu motoru V tomto přiacutepadě

vybavuje neprodleně ochrana sledu faacuteziacute ndashPhase sequence Funkci zaznamenejte do protokolu

OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII

Zvyšovaacuteniacutem odporu vyacutekonoveacuteho potenciometru zapojeneacuteho ve faacutezi L1 (viz scheacutema zapojeniacute

uacutelohy) dochaacuteziacute k simulaci faacutezoveacute nesymetrie siacutetě Motor je odpojen v okamžiku kdy poklesne

hodnota sdruženeacuteho napětiacute mezi faacutezemi L3 a L1 přibližně na hodnotu Us = 380V Velikost

odporu při vybaveniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii činiacute 101Ω Hodnotu nesymetrie zaznamenejte

do protokolu

OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE

Ztraacuteta faacuteze se realizuje pomociacute spiacutenače v pracovniacutem stole kdy odpojiacuteme napaacutejeciacute faacutezi Změřte

čas od odpojeniacute faacuteze L2 do vybaveniacute ochrany při ztraacutetě faacuteze a poznamenejte do protokolu

66 Demonstrace ochran při použitiacute dynamometru

OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU

K testu ochrany při zablokovaacuteniacute rotoru posloužiacute dynamometr jehož hřiacutedel je spojenaacute se hřiacutedeliacute

asynchronniacuteho motoru pomociacute spojky Hřiacutedel dynamometru je poteacute mechanicky zablokovaacutena

Stiskem přiacuteslušneacuteho tlačiacutetka je proveden start motoru a sledovaacuten proud při odpojeniacute motoru od

siacutetě a čas odpojeniacute Proud při vybaveniacute ochrany při mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru dosaacutehl

hodnoty 1978A což odpoviacutedaacute 582In

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute ndash (High current protection)

Pro simulaci proudoveacuteho přetiacuteženiacute maacuteme nastavenou hodnotu odebiacuteraneacuteho proudu na 130 pro

odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě Snižovaacuteniacutem jmenovityacutech otaacuteček motoru pomociacute dynamometru

(bržděniacutem tzn n rarr 0) dochaacuteziacute k naacuterůstu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu I Odpojeniacute nastalo při

odebiacuteraneacutem proudu 447A Nastaveneacute hodnotě (13In ) naacuteležiacute proud 442A Tiacutem lze konstatovat

že vyacutesledek měřeniacute je srovnatelnyacute s hodnotami uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute

Stav proudoveacuteho podtiacuteženiacute nedostatečneacuteho proudoveacuteho zatiacuteženiacute použiacutevanyacute zejmeacutena u čerpadel

je simulovaacuten pomociacute dynamometru kdy je nastavenaacute hodnota poklesu aktuaacutelniacuteho proudu na

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 58

085In a čas odpojeniacute od siacutetě na 10s Po roztočeniacute a zatiacuteženiacute motoru na hodnotu jmenoviteacuteho

proudu jsou pomociacute dynamometru zvyšovaacuteny otaacutečky motoru n Tento proces maacute za naacutesledek

snižovaacuteniacute aktuaacutelniacuteho proteacutekaneacuteho proudu I kdy motor ztraacuteciacute zatiacuteženiacute Nastaveneacute hodnotě

podtiacuteženiacute odpoviacutedaacute aktuaacutelniacute proud 289A Při dosaženiacute teacuteto uacuterovně je spuštěn odpočet a motor za

10s odpojen

67 Vyhodnoceniacute a zaacutevěr

Vyacutesledkem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute technologiiacute pro diagnostiku

veličin při chodu trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru Při demonstračniacute simulaci ochran byly

dosaženy naacutesledujiacuteciacute vyacutesledky PTC ochrana vybavuje při hodnotě odporu 341kΩ Tato hodnota

odpoviacutedaacute teplotě ϑg = 136degC odečteneacute z grafu Vypočtenaacute teplota ϑ = 13626degC Vyacuterobce uvaacutediacute

zapůsobeniacute ochrany při hodnotě odporu v rozsahu 34-38kΩ Zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů L2 a

L3 proběhla okamžitaacute blokace spuštěniacute motoru Faacutezovaacute nesymetrie vybavila při poklesu napětiacute o

5 Ztraacutetou napaacutejeciacute faacuteze proběhlo odpojeniacute motoru v čase t = 15s Čas odpojeniacute odpoviacutedaacute třiacutedě

přetiacuteženiacute 5E kteraacute je nastavena

Při testu za použitiacute dynamometru bylo zjištěno že při zablokovaneacutem rotoru motoru zapůsobil

kontroleacuter při nastaveneacutem přetiacuteženiacute 3In Teacuteto hodnotě naacuteležiacute proud 102A Jelikož je nastavena

třiacuteda přetiacuteženiacute 5E ktereacute naacuteležiacute interval 15s a poteacute odpojeniacute motoru tak během tohoto okamžiku

vzrostla hodnota proudu na 1978A což odpoviacutedaacute 582In Při proudoveacutem přetiacuteženiacute odpoviacutedaly

vyacutesledky měřeniacute nastaveneacute hodnotě přetiacuteženiacute 13In Ve stavu proudoveacuteho podtiacuteženiacute zapůsobila

ochrana spraacutevně dle nastaveneacuteho poklesu proudu na 085In

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 45: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 45

43 Vyacuteslednyacute přiacutepravek

Vyacuteslednyacute osazenyacute a zapojenyacute přiacutepravek určenyacute pro laboratorniacute uacutelohu doplněnyacute vhodnyacutemi

štiacutetky pro ovlaacutedaacuteniacute a zapojeniacute napaacutejeciacute siacutetě (VSTUP) a motoru (VYacuteSTUP)

Obr 45 Demonstračniacute přiacutepravek

Zadniacute čaacutest panelu s izolovaacuteniacutem konektorů FASTON pomociacute teplem smrštitelneacute bužiacuterky před

nebezpečnyacutem dotykem živeacute čaacutesti

Obr 46 Zadniacute pohled

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 46

44 Demonstračniacute kufr pro ABB

Pro společnost ABB sro byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 prezentujiacuteciacute

jeho možnosti Zaacutekladniacutem požadavkem naacutevrhu bylo řešeniacute pomociacute jednofaacutezoveacuteho napaacutejeniacute

Jelikož UMC100 je uzpůsobeno pro chod trojfaacutezovyacutech motorů je použit frekvenčniacute měnič

ACS50 kteryacute nabiacuteziacute při napaacutejeniacute pomociacute jednofaacutezoveacute siacutetě na sveacutem vyacutestupu napětiacute 3x230V50Hz

Pro digitaacutelniacute vstupy UMC100 a rozšiřovaciacuteho modulu DX111 je navrženo použitiacute dvoupoacutelovyacutech

paacutečkovyacutech přepiacutenačů s funkciacute (ON)-OFF-ON s napětiacutem 24V DC K signalizaci aktivniacutech vstupů

a vyacutestupů je navrženo použitiacute zelenyacutech signaacutelek Ovlaacutedaciacute panel kufru obsahuje spiacutenače pro

simulaci ztraacutety napaacutejeciacute faacuteze motoru potenciometr k simulaci faacutezoveacute nesymetrie daacutele červenou

signaacutelku pro signalizaci poruchovyacutech stavů a žlutou pro chod motoru Všechny přepiacutenače a

signaacutelky jsou přiacutestupneacute uživateli prostřednictviacutem navrženeacuteho ovlaacutedaciacuteho panelu kteryacute současně

posloužiacute jako kryt kufru (Obr 02) Jelikož pro přenosnyacute kufr neniacute nejvhodnějšiacute použitiacute

asynchronniacuteho motoru je proto použit 6-poacutelovyacute synchronniacute motor s přiacutekonem 23VA

vyacutestupniacutem vyacutekonem 105W a jmenovityacutem proudem 100mA

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 47

Obr 47 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho kufru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 48

SIMULACE OCHRAN 5Kapitola obsahuje soupis simulaciacute ochran ktereacute jsou demonstrovaacuteny v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jež se zabyacutevaacute problematikou UMC100 Z širokeacute škaacutely ochran jsou vybraacuteny 4 situace ktereacute

se v průmyslu často vyskytujiacute

51 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

K nasimulovaacuteniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii je použit posuvnyacute potenciometr kteryacute je

připojen na svorky (12) Pomociacute potenciometru bude snižovaacutena velikost napětiacute na přiacutevodniacute faacutezi

do motoru (L1) Pro demonstraci ochrany je použit napěťovyacute modul VI150 spolu s UMC100 Na

svorky modulu označeneacute (L1L2 a L3) jsou přivedeny faacuteze v uvedeneacutem sledu Při zvyšovaacuteniacute

odporu rezistoru ve faacutezi dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute napětiacute na přiacutevodniacute svorce (L1) vlivem rostouciacuteho

uacutebytku napětiacute na daneacutem rezistoru Je-li napěťovyacute modul propojen vodičem s UMC a je-li spraacutevně

nastaven UMC vyhodnotiacute po určiteacutem poklesu napětiacute a naacuterůstu proudu ve zbylyacutech dvou faacuteziacutech

(L2 a L3) jako chybovou a vybaviacute Nejprve bude vybaveno varovaacuteniacute a poteacute dojde k odpojeniacute

motoru

52 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze je motor vystaven vysokeacutemu riziku což většinou vede k jeho

zničeniacute Demonstrace ochrany proběhne uacuteplnyacutem odpojeniacutem napaacutejeciacute faacuteze L2 Pro vybaveniacute

ochrany neniacute zapotřebiacute aby byl motor v chodu neboť použitiacute napěťoveacuteho modulu VI150

detekuje nepřiacutetomnost napětiacute faacuteze a vybaviacute Při chodu motoru ochrana vybaviacute od 15s pro třiacutedu

5E a do 12s pro 40E podle nastaveneacute třiacutedy přetiacuteženiacute viz Tab 32 Princip funkce při chodu

motoru spočiacutevaacute v porovnaacuteniacute nejvyššiacute a nejnižšiacute naměřeneacute hodnoty faacutezoveacuteho proudu s

nastavenyacutemi uacuterovněmi Vyacutehodou je že signalizuje varovaacuteniacute ještě před samotnyacutem spuštěniacutem

motoru kdy může nastat stav že je přepaacutelena pojistka a obsluha toto nezaznamenala Mimo

přepaacuteleneacute pojistky se může takeacute jednat o uvolněnyacute nebo opotřebenyacute kontakt

53 Ochrana sledu faacuteziacute

Pro spraacutevnyacute chod motoru a diagnostiku pomociacute kontroleacuteru s použitiacutem napěťoveacuteho modulu je

zapotřebiacute dodržet sled faacuteziacute tzn Faacutezovyacute vodič L1rarrsvorka L1 L2 rarrsvorka L3 a L3rarrsvorka L3

Při zaacuteměně některyacutech faacutezovyacutech vodičů neprodleně vybaviacute ochrana sledu faacuteziacute a neniacute dovoleno

spuštěniacute motoru do okamžiku dokud neniacute obsluhou tento probleacutem vyřešen

54 PTC ochrana

Pro vyhodnocovaacuteniacute teploty vinutiacute statoru motoru sloužiacute termistor PTC Při zvyacutešeniacute teploty

nastaacutevaacute zvyacutešeniacute odporu termistoru (viz Obr 38) a motor odpojiacute Udaacutevanaacute odezva UMC na

změnu odporu je v rozmeziacute R = 34-38kΩ

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 49

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany

Z důvodu ochrany motoru neniacute vhodneacute vystavovat motor zvyacutešeneacute teplotě pro nastiacuteněniacute funkce

PTC ochrany Pro tento uacutečel posloužiacute zhotovenyacute box osazenyacute lineaacuterniacutem potenciometrem

s hodnotou odporu 25kΩ jemuž jsou předřazeny odpory 1kΩ a 330Ω

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 50

LABORATORNIacute UacuteLOHA 6

61 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100

Uacutekolem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute řiacutediacuteciacute a kontrolniacute jednotkou pro

provoz trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru UMC100

Motorovyacute kontroleacuter nabiacuteziacute 3 releacuteoveacute vyacutestupy Tyto vyacutestupy jsou připojitelneacute na napětiacute 230V AC s

maximaacutelniacutem proudem 1A Releacuteoveacute vyacutestupy sloužiacute zejmeacutena pro připojeniacute budiacuteciacutech ciacutevek stykačů

Hlavniacute vstupy jsou tvořeny seacuteriiacute svorek jež je umiacutestěnaacute ve spodniacute čaacutesti kontroleacuteru Svorky nesou

označeniacute (DI0 DI1 hellip DI5) Tyto digitaacutelniacute vstupy pracujiacute s napětiacutem 24V DC a sloužiacute pro

připojeniacute ovlaacutedaciacutech tlačiacutetek jako start motoru stop motoru reverzaci rozběh hvězda-trojuacutehelniacutek

nebo např použitiacute vstupu pro koncovyacute spiacutenač pro připojeniacute pomocnyacutech kontaktů stykačů či

funkci aktuaacutetor kdy je ovlaacutedaacuten pohon ventilu Vše podle nastaveniacute uživatele a pracovniacuteho

procesu Vedle hlavniacutech vstupniacutech kontaktů se nachaacuteziacute takeacute jeden vyacutestupniacute s označeniacutem (DO3)

Tento digitaacutelniacute vyacutestup lze využiacutet k připojeniacute 24V DC signalizačniacute kontrolky pro chybovaacute hlaacutešeniacute

modulu UMC100 nabiacuteziacute integrovanyacute vstup pro připojeniacute PTC termistoru Diacuteky PTC jsme

schopni hliacutedat teplotu statoroveacuteho vinutiacute a předejiacutet tiacutem zaacutevažneacutemu poškozeniacute motoru

Hlavniacute obvod

Měřeniacute proudu faacutezovyacutemi vodiči je řešeno pomociacute 3 průvlečnyacutech ok integrovanyacutech v modulu

Tato průvlečnaacute oka jsou měřiacuteciacutemi transformaacutetory proudu navinutyacutemi na toroidniacutem jaacutedře Diacuteky

těmto transformaacutetorům je kontroleacuter schopnyacute měřit proud v rozsahu 024 až 63A Pro vyššiacute

hodnoty proudů až 850A se použiacutevaacute externiacute proudovyacute transformaacutetor

Možnost rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru

UMC se v průmyslovyacutech aplikaciacutech nejčastěji použiacutevaacute s využitiacutem napěťoveacuteho a rozšiřovaciacuteho

(vstupně-vyacutestupniacuteho) modulu Pro laboratorniacute uacutelohu je použit napěťovyacute modul VI150 a

rozšiřovaciacute modul DX122 jenž jsou připojeny k UMC pomociacute UMCIO-CAB přes svorky

s označeniacutem Ca a Cb

Napěťovyacute modul VI150

K demonstraci kontroleacuteru je použit modul s označeniacutem VI150 Zařiacutezeniacute disponuje konektory pro

připojeniacute faacutezovyacutech vodičů (L1 L2 a L3) a je schopneacute měřit hodnotu sdruženeacuteho napětiacute siacutetě

S naměřenyacutemi hodnotami faacutezoveacuteho proudu pomociacute UMC dostaacutevaacuteme takeacute hodnotu faacutezoveacuteho

posuvu mezi napětiacutem a proudem tedy uacutečiniacuteku cos φ Z těchto naměřenyacutech parametrů vypočiacutetaacute

řiacutediacuteciacute jednotka kontroleacuteru činnyacute přiacutekon Ovšem pro spraacutevnou detekci napětiacute je nutneacute dodržet

zapojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 51

Vstupně-vyacutestupniacute modul DX122

Modul umožňuje rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru o dalšiacutech 8 digitaacutelniacutech vstupů na napětiacute 110-230V AC 4

releacuteoveacute vyacutestupy a 1 analogovyacute vyacutestup Pomociacute programu ABB Asset Vision Basic je možneacute

přiacutemeacute přiřazeniacute parametrů a programovaacuteniacute UMC100 a takeacute všech zařiacutezeniacute kteraacute jsou vybavena

DTM (Device Type Manager)- naacutestroj pro konfiguraci a spraacutevu zařiacutezeniacute

Komunikačniacute modul MTQ22

O komunikaci mezi UMC a PC se staraacute modul MTQ22 V software vytvořeneacutem pomociacute

vyacutevojoveacuteho prostřediacute LabVIEW lze sledovat aktuaacutelniacute měřeneacute veličiny zobrazenaacute varovaacuteniacute

poruchovyacutech stavů informace o stavu vstupů a vyacutestupů apod

Napaacutejeciacute zdroj

Napaacutejeniacute modulů zajišťuje zdroj CP-D 2413A s regulaciacute vyacutestupniacuteho napětiacute Regulace je možnaacute

v rozpětiacute 24-28V DC Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute zdroje je umožněna z důvodu požadavku

přesneacuteho napětiacute 24V DC Vlivem zatiacuteženiacute (napaacutejeniacute UMC VI a DX) vyacutestupniacute napětiacute zdroje klesaacute

podle zatěžovaciacute charakteristiky přiacuteslušneacuteho zdroje CP-D sloužiacute takeacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacutech

vstupů UMC

Ochranneacute funkce

UMC nenabiacuteziacute pouze možnost měřeniacute faacutezoveacuteho proudu ale takeacute řadu ochran při poruchovyacutech

stavech provozu Nejčastěji v praxi využiacutevanaacute ochrana je ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute kteraacute

je doprovaacutezena varovnou signalizaciacute nastaacutevajiacuteciacute poruchy

Ochrana motoru při proudoveacutem podtiacuteženiacute pracuje na obdobneacutem principu jako předchoziacute ochrana

Kontroleacuter monitoruje hladinu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu Při jeho poklesu pod nastavenou

uacuteroveň maximaacutelniacuteho dovoleneacuteho poklesu (udaacutevaneacute relativně v k jmenoviteacutemu In) dochaacuteziacute k

signalizaci chyby a odpojeniacute motoru od siacutetě

PTC ochrana spočiacutevaacute v hliacutedaacuteniacute teploty statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru pomociacute PTC

termistoru V našem přiacutepadě je použito lineaacuterniacuteho potenciometru kdy se zvyšujiacuteciacutem se odporem

potenciometru simulujeme zvyšujiacuteciacute se teplotu statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru

Při ztraacutetě některeacute napaacutejeciacute faacuteze motoru dochaacuteziacute k okamžiteacutemu blokovaacuteniacute startu motoru

Ochrana sledu faacuteziacute zajistiacute spraacutevneacute zapojeniacute vodičů L1 L2 a L3 ktereacute je slučitelneacute s nastaveniacutem v

UMC

Vlivem přerušovaneacuteho provozu např S3 kdy nedochaacuteziacute v době klidu a odpojeniacute motoru k

poklesu teploty na teplotu okoliacute může vybavit Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute - Thermal

Overload Protection (TOL)

Zablokovaniacute rotoru byacutevaacute způsobeno přiacuteliš vysokyacutem zaacutetěžnyacutem momentem Mz na hřiacutedeli motoru

nebo mechanickou poruchou Kontroleacuter je při startu schopen detekovat tento stav

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 52

62 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute uacutelohy a scheacutema zapojeniacute panelu

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 53

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 54

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha

Štiacutetek použiteacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 64 Štiacutetek motoru

63 Popis scheacutematu zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

Na vstupniacute svorky s označeniacutem VSTUP (L1 L2 L3 N PE) jsou přivedeny přiacuteslušneacute vodiče

z pracovniacuteho stolu Hlavniacute 16A jistič s vypiacutenaciacute charakteristikou typu C sloužiacute pro jištěniacute siloveacute

čaacutesti obvodu Pro jištěniacute napaacutejeciacuteho zdroje CP-D sloužiacute tavnaacute pojistka 2T250V Napěťoveacute

vstupy na modul VI150 jsou jištěny tavnou pojistkou F125250V Posuvnyacute potenciometr

umiacutestěnyacute na faacutezoveacutem vodiči L1 sloužiacute k demonstraci ochrany při faacutezoveacute nesymetrii

Komunikačniacute modul MTQ22 zajišťuje komunikaci mezi UMC a PC kdy prostřednictviacutem

Ethernetoveacute siacutetě jsme schopni čiacutest měřeneacute veličiny

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 55

64 Pracovniacute postup

1 Seznamte se s kontroleacuterem UMC100 a ostatniacutemi komponenty použityacutemi pro laboratorniacute

uacutelohu a se scheacutematem zapojeniacute uacutelohy

2 Připojte elektromotor a vstupniacute svorky na přiacuteslušneacute zdiacuteřky Před připojeniacutem vyacutekonoveacuteho

potenciometru ověřte měřeniacutem jeho minimaacutelniacute a maximaacutelniacute hodnotu odporu a

poznamenejte si je

3 Připojte potenciometr na určeneacute zdiacuteřky označeneacute čiacutesly 1 a 2 a nastavte hodnotu odporu

4 Po kontrole zapojeniacute vyučujiacuteciacutem zapněte pracoviště a nastavte autotransformaacutetor na 100

vyacutestupniacuteho napětiacute Zapněte hlavniacute jistič Kontrola a nastaveniacute komunikace mezi UMC

DX a VI

Nastaveniacute Komunikace se provede přes LCD displej naacutesledujiacuteciacutem způsobem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on

5 Stiskem tlačiacutetka VPŘED nebo VZAD na panelu uvedeme motor do chodu Pro přechod

z jednoho směru do druheacuteho je nutneacute nejprve zastavit motor tlačiacutetkem STOP Při

zastaveniacute je kontroleacuterem motor blokovaacuten po dobu 3s před dalšiacutem spuštěniacutem z důvodu

doběhu motoru Pohybem tlačiacutetek nahoru dolů pomociacute LCD v hlavniacute nabiacutedce - UMC -

můžeme sledovat aktuaacutelniacute proud motoru sdruženeacute napětiacute odebiacuteranyacute přiacutekon ze siacutetě

uacutečiniacutekhellip

6 Při provaacuteděniacute uacutelohy na brzdě (dynamometru) ověřte funkci ochrany při zablokovaacuteniacute

rotoru funkci ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a proudoveacutem přetiacuteženiacute

7 Při vybaveniacute každeacute z ochran zaznamenejte hodnotu kdy vypnula Před novyacutem startem je

důležiteacute přečiacutest zaacuteznam důvodu poruchy a proveacutest reset na panelu UMC100-PAN jinak je

START blokovaacuten

65 Měřeniacute

OCHRANA PŘED PŘEHŘAacuteTIacuteM MOTORU

Potenciometrem označenyacutem PTC je zvyšovaacutena hodnotu odporu do okamžiku kdy dojde

k odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě zapůsobeniacutem PTC ochrany Hodnota odporu potenciometru

při vybaveniacute ochrany je určena měřeniacutem na 341kΩ Odpoviacutedajiacuteciacute hodnotu teploty motoru

odečteme z grafu a hodnoty odporu potenciometru při vypnutiacute

Do tabulky zapište změřenou hodnotu odporu potenciometru při vypnutiacute Při teacuteto hodnotě odporu

odečtěte teplotu motoru z grafu Ziacuteskanou teplotu porovnejte s vypočtenou teplotou motoru

Tabulka naměřenyacutech a vypočtenyacutech hodnot

R ϑg R0 ϑ

[Ω] [degC] [Ω] [degC]

3410 136 1320 13626

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 56

Vyacutepočet vychaacuteziacute ze vztahu pro zaacutevislost elektrickeacuteho odporu vodiče na teplotě

(651)

kde

(652)

Po uacutepravě pak

α - teplotniacute součinitel elektrickeacuteho odporu (K-1

) (α = 001162 K-1

)

R0 - odpor potenciometru v zaacutekladniacute poloze

R - odpor potenciometru při vybaveniacute ochrany

ϑg - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute odečtenaacute z grafu

ϑ - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute ndash vypočtenaacute

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

R [

Ω]

ϑ [degC]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 57

Vinutiacute motoru je izolovaacuteno izolaciacute třiacutedy F (155)

Třiacuteda izolace A E B F H

Okolniacute teplota [degC] 40 40 40 40 40

Povolenyacute naacuterůst teploty [degC] 60 75 80 105 125

Teplotniacute rezerva 5 5 10 10 15

Konečnaacute teplota 105 120 130 155 180

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru [12]

OCHRANA PŘED NESPRAacuteVNYacuteM SLEDEM FAacuteZIacute

Nedodrženiacutem sledu napaacutejeciacutech faacutezovyacutech vodičů (zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů svorek L2 a L3)

jak je nastaveno v UMC provaacutediacute napěťovyacute modul blokaci startu motoru V tomto přiacutepadě

vybavuje neprodleně ochrana sledu faacuteziacute ndashPhase sequence Funkci zaznamenejte do protokolu

OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII

Zvyšovaacuteniacutem odporu vyacutekonoveacuteho potenciometru zapojeneacuteho ve faacutezi L1 (viz scheacutema zapojeniacute

uacutelohy) dochaacuteziacute k simulaci faacutezoveacute nesymetrie siacutetě Motor je odpojen v okamžiku kdy poklesne

hodnota sdruženeacuteho napětiacute mezi faacutezemi L3 a L1 přibližně na hodnotu Us = 380V Velikost

odporu při vybaveniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii činiacute 101Ω Hodnotu nesymetrie zaznamenejte

do protokolu

OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE

Ztraacuteta faacuteze se realizuje pomociacute spiacutenače v pracovniacutem stole kdy odpojiacuteme napaacutejeciacute faacutezi Změřte

čas od odpojeniacute faacuteze L2 do vybaveniacute ochrany při ztraacutetě faacuteze a poznamenejte do protokolu

66 Demonstrace ochran při použitiacute dynamometru

OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU

K testu ochrany při zablokovaacuteniacute rotoru posloužiacute dynamometr jehož hřiacutedel je spojenaacute se hřiacutedeliacute

asynchronniacuteho motoru pomociacute spojky Hřiacutedel dynamometru je poteacute mechanicky zablokovaacutena

Stiskem přiacuteslušneacuteho tlačiacutetka je proveden start motoru a sledovaacuten proud při odpojeniacute motoru od

siacutetě a čas odpojeniacute Proud při vybaveniacute ochrany při mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru dosaacutehl

hodnoty 1978A což odpoviacutedaacute 582In

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute ndash (High current protection)

Pro simulaci proudoveacuteho přetiacuteženiacute maacuteme nastavenou hodnotu odebiacuteraneacuteho proudu na 130 pro

odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě Snižovaacuteniacutem jmenovityacutech otaacuteček motoru pomociacute dynamometru

(bržděniacutem tzn n rarr 0) dochaacuteziacute k naacuterůstu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu I Odpojeniacute nastalo při

odebiacuteraneacutem proudu 447A Nastaveneacute hodnotě (13In ) naacuteležiacute proud 442A Tiacutem lze konstatovat

že vyacutesledek měřeniacute je srovnatelnyacute s hodnotami uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute

Stav proudoveacuteho podtiacuteženiacute nedostatečneacuteho proudoveacuteho zatiacuteženiacute použiacutevanyacute zejmeacutena u čerpadel

je simulovaacuten pomociacute dynamometru kdy je nastavenaacute hodnota poklesu aktuaacutelniacuteho proudu na

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 58

085In a čas odpojeniacute od siacutetě na 10s Po roztočeniacute a zatiacuteženiacute motoru na hodnotu jmenoviteacuteho

proudu jsou pomociacute dynamometru zvyšovaacuteny otaacutečky motoru n Tento proces maacute za naacutesledek

snižovaacuteniacute aktuaacutelniacuteho proteacutekaneacuteho proudu I kdy motor ztraacuteciacute zatiacuteženiacute Nastaveneacute hodnotě

podtiacuteženiacute odpoviacutedaacute aktuaacutelniacute proud 289A Při dosaženiacute teacuteto uacuterovně je spuštěn odpočet a motor za

10s odpojen

67 Vyhodnoceniacute a zaacutevěr

Vyacutesledkem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute technologiiacute pro diagnostiku

veličin při chodu trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru Při demonstračniacute simulaci ochran byly

dosaženy naacutesledujiacuteciacute vyacutesledky PTC ochrana vybavuje při hodnotě odporu 341kΩ Tato hodnota

odpoviacutedaacute teplotě ϑg = 136degC odečteneacute z grafu Vypočtenaacute teplota ϑ = 13626degC Vyacuterobce uvaacutediacute

zapůsobeniacute ochrany při hodnotě odporu v rozsahu 34-38kΩ Zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů L2 a

L3 proběhla okamžitaacute blokace spuštěniacute motoru Faacutezovaacute nesymetrie vybavila při poklesu napětiacute o

5 Ztraacutetou napaacutejeciacute faacuteze proběhlo odpojeniacute motoru v čase t = 15s Čas odpojeniacute odpoviacutedaacute třiacutedě

přetiacuteženiacute 5E kteraacute je nastavena

Při testu za použitiacute dynamometru bylo zjištěno že při zablokovaneacutem rotoru motoru zapůsobil

kontroleacuter při nastaveneacutem přetiacuteženiacute 3In Teacuteto hodnotě naacuteležiacute proud 102A Jelikož je nastavena

třiacuteda přetiacuteženiacute 5E ktereacute naacuteležiacute interval 15s a poteacute odpojeniacute motoru tak během tohoto okamžiku

vzrostla hodnota proudu na 1978A což odpoviacutedaacute 582In Při proudoveacutem přetiacuteženiacute odpoviacutedaly

vyacutesledky měřeniacute nastaveneacute hodnotě přetiacuteženiacute 13In Ve stavu proudoveacuteho podtiacuteženiacute zapůsobila

ochrana spraacutevně dle nastaveneacuteho poklesu proudu na 085In

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 46: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 46

44 Demonstračniacute kufr pro ABB

Pro společnost ABB sro byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 prezentujiacuteciacute

jeho možnosti Zaacutekladniacutem požadavkem naacutevrhu bylo řešeniacute pomociacute jednofaacutezoveacuteho napaacutejeniacute

Jelikož UMC100 je uzpůsobeno pro chod trojfaacutezovyacutech motorů je použit frekvenčniacute měnič

ACS50 kteryacute nabiacuteziacute při napaacutejeniacute pomociacute jednofaacutezoveacute siacutetě na sveacutem vyacutestupu napětiacute 3x230V50Hz

Pro digitaacutelniacute vstupy UMC100 a rozšiřovaciacuteho modulu DX111 je navrženo použitiacute dvoupoacutelovyacutech

paacutečkovyacutech přepiacutenačů s funkciacute (ON)-OFF-ON s napětiacutem 24V DC K signalizaci aktivniacutech vstupů

a vyacutestupů je navrženo použitiacute zelenyacutech signaacutelek Ovlaacutedaciacute panel kufru obsahuje spiacutenače pro

simulaci ztraacutety napaacutejeciacute faacuteze motoru potenciometr k simulaci faacutezoveacute nesymetrie daacutele červenou

signaacutelku pro signalizaci poruchovyacutech stavů a žlutou pro chod motoru Všechny přepiacutenače a

signaacutelky jsou přiacutestupneacute uživateli prostřednictviacutem navrženeacuteho ovlaacutedaciacuteho panelu kteryacute současně

posloužiacute jako kryt kufru (Obr 02) Jelikož pro přenosnyacute kufr neniacute nejvhodnějšiacute použitiacute

asynchronniacuteho motoru je proto použit 6-poacutelovyacute synchronniacute motor s přiacutekonem 23VA

vyacutestupniacutem vyacutekonem 105W a jmenovityacutem proudem 100mA

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 47

Obr 47 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho kufru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 48

SIMULACE OCHRAN 5Kapitola obsahuje soupis simulaciacute ochran ktereacute jsou demonstrovaacuteny v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jež se zabyacutevaacute problematikou UMC100 Z širokeacute škaacutely ochran jsou vybraacuteny 4 situace ktereacute

se v průmyslu často vyskytujiacute

51 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

K nasimulovaacuteniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii je použit posuvnyacute potenciometr kteryacute je

připojen na svorky (12) Pomociacute potenciometru bude snižovaacutena velikost napětiacute na přiacutevodniacute faacutezi

do motoru (L1) Pro demonstraci ochrany je použit napěťovyacute modul VI150 spolu s UMC100 Na

svorky modulu označeneacute (L1L2 a L3) jsou přivedeny faacuteze v uvedeneacutem sledu Při zvyšovaacuteniacute

odporu rezistoru ve faacutezi dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute napětiacute na přiacutevodniacute svorce (L1) vlivem rostouciacuteho

uacutebytku napětiacute na daneacutem rezistoru Je-li napěťovyacute modul propojen vodičem s UMC a je-li spraacutevně

nastaven UMC vyhodnotiacute po určiteacutem poklesu napětiacute a naacuterůstu proudu ve zbylyacutech dvou faacuteziacutech

(L2 a L3) jako chybovou a vybaviacute Nejprve bude vybaveno varovaacuteniacute a poteacute dojde k odpojeniacute

motoru

52 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze je motor vystaven vysokeacutemu riziku což většinou vede k jeho

zničeniacute Demonstrace ochrany proběhne uacuteplnyacutem odpojeniacutem napaacutejeciacute faacuteze L2 Pro vybaveniacute

ochrany neniacute zapotřebiacute aby byl motor v chodu neboť použitiacute napěťoveacuteho modulu VI150

detekuje nepřiacutetomnost napětiacute faacuteze a vybaviacute Při chodu motoru ochrana vybaviacute od 15s pro třiacutedu

5E a do 12s pro 40E podle nastaveneacute třiacutedy přetiacuteženiacute viz Tab 32 Princip funkce při chodu

motoru spočiacutevaacute v porovnaacuteniacute nejvyššiacute a nejnižšiacute naměřeneacute hodnoty faacutezoveacuteho proudu s

nastavenyacutemi uacuterovněmi Vyacutehodou je že signalizuje varovaacuteniacute ještě před samotnyacutem spuštěniacutem

motoru kdy může nastat stav že je přepaacutelena pojistka a obsluha toto nezaznamenala Mimo

přepaacuteleneacute pojistky se může takeacute jednat o uvolněnyacute nebo opotřebenyacute kontakt

53 Ochrana sledu faacuteziacute

Pro spraacutevnyacute chod motoru a diagnostiku pomociacute kontroleacuteru s použitiacutem napěťoveacuteho modulu je

zapotřebiacute dodržet sled faacuteziacute tzn Faacutezovyacute vodič L1rarrsvorka L1 L2 rarrsvorka L3 a L3rarrsvorka L3

Při zaacuteměně některyacutech faacutezovyacutech vodičů neprodleně vybaviacute ochrana sledu faacuteziacute a neniacute dovoleno

spuštěniacute motoru do okamžiku dokud neniacute obsluhou tento probleacutem vyřešen

54 PTC ochrana

Pro vyhodnocovaacuteniacute teploty vinutiacute statoru motoru sloužiacute termistor PTC Při zvyacutešeniacute teploty

nastaacutevaacute zvyacutešeniacute odporu termistoru (viz Obr 38) a motor odpojiacute Udaacutevanaacute odezva UMC na

změnu odporu je v rozmeziacute R = 34-38kΩ

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 49

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany

Z důvodu ochrany motoru neniacute vhodneacute vystavovat motor zvyacutešeneacute teplotě pro nastiacuteněniacute funkce

PTC ochrany Pro tento uacutečel posloužiacute zhotovenyacute box osazenyacute lineaacuterniacutem potenciometrem

s hodnotou odporu 25kΩ jemuž jsou předřazeny odpory 1kΩ a 330Ω

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 50

LABORATORNIacute UacuteLOHA 6

61 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100

Uacutekolem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute řiacutediacuteciacute a kontrolniacute jednotkou pro

provoz trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru UMC100

Motorovyacute kontroleacuter nabiacuteziacute 3 releacuteoveacute vyacutestupy Tyto vyacutestupy jsou připojitelneacute na napětiacute 230V AC s

maximaacutelniacutem proudem 1A Releacuteoveacute vyacutestupy sloužiacute zejmeacutena pro připojeniacute budiacuteciacutech ciacutevek stykačů

Hlavniacute vstupy jsou tvořeny seacuteriiacute svorek jež je umiacutestěnaacute ve spodniacute čaacutesti kontroleacuteru Svorky nesou

označeniacute (DI0 DI1 hellip DI5) Tyto digitaacutelniacute vstupy pracujiacute s napětiacutem 24V DC a sloužiacute pro

připojeniacute ovlaacutedaciacutech tlačiacutetek jako start motoru stop motoru reverzaci rozběh hvězda-trojuacutehelniacutek

nebo např použitiacute vstupu pro koncovyacute spiacutenač pro připojeniacute pomocnyacutech kontaktů stykačů či

funkci aktuaacutetor kdy je ovlaacutedaacuten pohon ventilu Vše podle nastaveniacute uživatele a pracovniacuteho

procesu Vedle hlavniacutech vstupniacutech kontaktů se nachaacuteziacute takeacute jeden vyacutestupniacute s označeniacutem (DO3)

Tento digitaacutelniacute vyacutestup lze využiacutet k připojeniacute 24V DC signalizačniacute kontrolky pro chybovaacute hlaacutešeniacute

modulu UMC100 nabiacuteziacute integrovanyacute vstup pro připojeniacute PTC termistoru Diacuteky PTC jsme

schopni hliacutedat teplotu statoroveacuteho vinutiacute a předejiacutet tiacutem zaacutevažneacutemu poškozeniacute motoru

Hlavniacute obvod

Měřeniacute proudu faacutezovyacutemi vodiči je řešeno pomociacute 3 průvlečnyacutech ok integrovanyacutech v modulu

Tato průvlečnaacute oka jsou měřiacuteciacutemi transformaacutetory proudu navinutyacutemi na toroidniacutem jaacutedře Diacuteky

těmto transformaacutetorům je kontroleacuter schopnyacute měřit proud v rozsahu 024 až 63A Pro vyššiacute

hodnoty proudů až 850A se použiacutevaacute externiacute proudovyacute transformaacutetor

Možnost rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru

UMC se v průmyslovyacutech aplikaciacutech nejčastěji použiacutevaacute s využitiacutem napěťoveacuteho a rozšiřovaciacuteho

(vstupně-vyacutestupniacuteho) modulu Pro laboratorniacute uacutelohu je použit napěťovyacute modul VI150 a

rozšiřovaciacute modul DX122 jenž jsou připojeny k UMC pomociacute UMCIO-CAB přes svorky

s označeniacutem Ca a Cb

Napěťovyacute modul VI150

K demonstraci kontroleacuteru je použit modul s označeniacutem VI150 Zařiacutezeniacute disponuje konektory pro

připojeniacute faacutezovyacutech vodičů (L1 L2 a L3) a je schopneacute měřit hodnotu sdruženeacuteho napětiacute siacutetě

S naměřenyacutemi hodnotami faacutezoveacuteho proudu pomociacute UMC dostaacutevaacuteme takeacute hodnotu faacutezoveacuteho

posuvu mezi napětiacutem a proudem tedy uacutečiniacuteku cos φ Z těchto naměřenyacutech parametrů vypočiacutetaacute

řiacutediacuteciacute jednotka kontroleacuteru činnyacute přiacutekon Ovšem pro spraacutevnou detekci napětiacute je nutneacute dodržet

zapojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 51

Vstupně-vyacutestupniacute modul DX122

Modul umožňuje rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru o dalšiacutech 8 digitaacutelniacutech vstupů na napětiacute 110-230V AC 4

releacuteoveacute vyacutestupy a 1 analogovyacute vyacutestup Pomociacute programu ABB Asset Vision Basic je možneacute

přiacutemeacute přiřazeniacute parametrů a programovaacuteniacute UMC100 a takeacute všech zařiacutezeniacute kteraacute jsou vybavena

DTM (Device Type Manager)- naacutestroj pro konfiguraci a spraacutevu zařiacutezeniacute

Komunikačniacute modul MTQ22

O komunikaci mezi UMC a PC se staraacute modul MTQ22 V software vytvořeneacutem pomociacute

vyacutevojoveacuteho prostřediacute LabVIEW lze sledovat aktuaacutelniacute měřeneacute veličiny zobrazenaacute varovaacuteniacute

poruchovyacutech stavů informace o stavu vstupů a vyacutestupů apod

Napaacutejeciacute zdroj

Napaacutejeniacute modulů zajišťuje zdroj CP-D 2413A s regulaciacute vyacutestupniacuteho napětiacute Regulace je možnaacute

v rozpětiacute 24-28V DC Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute zdroje je umožněna z důvodu požadavku

přesneacuteho napětiacute 24V DC Vlivem zatiacuteženiacute (napaacutejeniacute UMC VI a DX) vyacutestupniacute napětiacute zdroje klesaacute

podle zatěžovaciacute charakteristiky přiacuteslušneacuteho zdroje CP-D sloužiacute takeacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacutech

vstupů UMC

Ochranneacute funkce

UMC nenabiacuteziacute pouze možnost měřeniacute faacutezoveacuteho proudu ale takeacute řadu ochran při poruchovyacutech

stavech provozu Nejčastěji v praxi využiacutevanaacute ochrana je ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute kteraacute

je doprovaacutezena varovnou signalizaciacute nastaacutevajiacuteciacute poruchy

Ochrana motoru při proudoveacutem podtiacuteženiacute pracuje na obdobneacutem principu jako předchoziacute ochrana

Kontroleacuter monitoruje hladinu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu Při jeho poklesu pod nastavenou

uacuteroveň maximaacutelniacuteho dovoleneacuteho poklesu (udaacutevaneacute relativně v k jmenoviteacutemu In) dochaacuteziacute k

signalizaci chyby a odpojeniacute motoru od siacutetě

PTC ochrana spočiacutevaacute v hliacutedaacuteniacute teploty statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru pomociacute PTC

termistoru V našem přiacutepadě je použito lineaacuterniacuteho potenciometru kdy se zvyšujiacuteciacutem se odporem

potenciometru simulujeme zvyšujiacuteciacute se teplotu statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru

Při ztraacutetě některeacute napaacutejeciacute faacuteze motoru dochaacuteziacute k okamžiteacutemu blokovaacuteniacute startu motoru

Ochrana sledu faacuteziacute zajistiacute spraacutevneacute zapojeniacute vodičů L1 L2 a L3 ktereacute je slučitelneacute s nastaveniacutem v

UMC

Vlivem přerušovaneacuteho provozu např S3 kdy nedochaacuteziacute v době klidu a odpojeniacute motoru k

poklesu teploty na teplotu okoliacute může vybavit Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute - Thermal

Overload Protection (TOL)

Zablokovaniacute rotoru byacutevaacute způsobeno přiacuteliš vysokyacutem zaacutetěžnyacutem momentem Mz na hřiacutedeli motoru

nebo mechanickou poruchou Kontroleacuter je při startu schopen detekovat tento stav

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 52

62 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute uacutelohy a scheacutema zapojeniacute panelu

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 53

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 54

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha

Štiacutetek použiteacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 64 Štiacutetek motoru

63 Popis scheacutematu zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

Na vstupniacute svorky s označeniacutem VSTUP (L1 L2 L3 N PE) jsou přivedeny přiacuteslušneacute vodiče

z pracovniacuteho stolu Hlavniacute 16A jistič s vypiacutenaciacute charakteristikou typu C sloužiacute pro jištěniacute siloveacute

čaacutesti obvodu Pro jištěniacute napaacutejeciacuteho zdroje CP-D sloužiacute tavnaacute pojistka 2T250V Napěťoveacute

vstupy na modul VI150 jsou jištěny tavnou pojistkou F125250V Posuvnyacute potenciometr

umiacutestěnyacute na faacutezoveacutem vodiči L1 sloužiacute k demonstraci ochrany při faacutezoveacute nesymetrii

Komunikačniacute modul MTQ22 zajišťuje komunikaci mezi UMC a PC kdy prostřednictviacutem

Ethernetoveacute siacutetě jsme schopni čiacutest měřeneacute veličiny

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 55

64 Pracovniacute postup

1 Seznamte se s kontroleacuterem UMC100 a ostatniacutemi komponenty použityacutemi pro laboratorniacute

uacutelohu a se scheacutematem zapojeniacute uacutelohy

2 Připojte elektromotor a vstupniacute svorky na přiacuteslušneacute zdiacuteřky Před připojeniacutem vyacutekonoveacuteho

potenciometru ověřte měřeniacutem jeho minimaacutelniacute a maximaacutelniacute hodnotu odporu a

poznamenejte si je

3 Připojte potenciometr na určeneacute zdiacuteřky označeneacute čiacutesly 1 a 2 a nastavte hodnotu odporu

4 Po kontrole zapojeniacute vyučujiacuteciacutem zapněte pracoviště a nastavte autotransformaacutetor na 100

vyacutestupniacuteho napětiacute Zapněte hlavniacute jistič Kontrola a nastaveniacute komunikace mezi UMC

DX a VI

Nastaveniacute Komunikace se provede přes LCD displej naacutesledujiacuteciacutem způsobem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on

5 Stiskem tlačiacutetka VPŘED nebo VZAD na panelu uvedeme motor do chodu Pro přechod

z jednoho směru do druheacuteho je nutneacute nejprve zastavit motor tlačiacutetkem STOP Při

zastaveniacute je kontroleacuterem motor blokovaacuten po dobu 3s před dalšiacutem spuštěniacutem z důvodu

doběhu motoru Pohybem tlačiacutetek nahoru dolů pomociacute LCD v hlavniacute nabiacutedce - UMC -

můžeme sledovat aktuaacutelniacute proud motoru sdruženeacute napětiacute odebiacuteranyacute přiacutekon ze siacutetě

uacutečiniacutekhellip

6 Při provaacuteděniacute uacutelohy na brzdě (dynamometru) ověřte funkci ochrany při zablokovaacuteniacute

rotoru funkci ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a proudoveacutem přetiacuteženiacute

7 Při vybaveniacute každeacute z ochran zaznamenejte hodnotu kdy vypnula Před novyacutem startem je

důležiteacute přečiacutest zaacuteznam důvodu poruchy a proveacutest reset na panelu UMC100-PAN jinak je

START blokovaacuten

65 Měřeniacute

OCHRANA PŘED PŘEHŘAacuteTIacuteM MOTORU

Potenciometrem označenyacutem PTC je zvyšovaacutena hodnotu odporu do okamžiku kdy dojde

k odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě zapůsobeniacutem PTC ochrany Hodnota odporu potenciometru

při vybaveniacute ochrany je určena měřeniacutem na 341kΩ Odpoviacutedajiacuteciacute hodnotu teploty motoru

odečteme z grafu a hodnoty odporu potenciometru při vypnutiacute

Do tabulky zapište změřenou hodnotu odporu potenciometru při vypnutiacute Při teacuteto hodnotě odporu

odečtěte teplotu motoru z grafu Ziacuteskanou teplotu porovnejte s vypočtenou teplotou motoru

Tabulka naměřenyacutech a vypočtenyacutech hodnot

R ϑg R0 ϑ

[Ω] [degC] [Ω] [degC]

3410 136 1320 13626

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 56

Vyacutepočet vychaacuteziacute ze vztahu pro zaacutevislost elektrickeacuteho odporu vodiče na teplotě

(651)

kde

(652)

Po uacutepravě pak

α - teplotniacute součinitel elektrickeacuteho odporu (K-1

) (α = 001162 K-1

)

R0 - odpor potenciometru v zaacutekladniacute poloze

R - odpor potenciometru při vybaveniacute ochrany

ϑg - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute odečtenaacute z grafu

ϑ - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute ndash vypočtenaacute

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

R [

Ω]

ϑ [degC]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 57

Vinutiacute motoru je izolovaacuteno izolaciacute třiacutedy F (155)

Třiacuteda izolace A E B F H

Okolniacute teplota [degC] 40 40 40 40 40

Povolenyacute naacuterůst teploty [degC] 60 75 80 105 125

Teplotniacute rezerva 5 5 10 10 15

Konečnaacute teplota 105 120 130 155 180

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru [12]

OCHRANA PŘED NESPRAacuteVNYacuteM SLEDEM FAacuteZIacute

Nedodrženiacutem sledu napaacutejeciacutech faacutezovyacutech vodičů (zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů svorek L2 a L3)

jak je nastaveno v UMC provaacutediacute napěťovyacute modul blokaci startu motoru V tomto přiacutepadě

vybavuje neprodleně ochrana sledu faacuteziacute ndashPhase sequence Funkci zaznamenejte do protokolu

OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII

Zvyšovaacuteniacutem odporu vyacutekonoveacuteho potenciometru zapojeneacuteho ve faacutezi L1 (viz scheacutema zapojeniacute

uacutelohy) dochaacuteziacute k simulaci faacutezoveacute nesymetrie siacutetě Motor je odpojen v okamžiku kdy poklesne

hodnota sdruženeacuteho napětiacute mezi faacutezemi L3 a L1 přibližně na hodnotu Us = 380V Velikost

odporu při vybaveniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii činiacute 101Ω Hodnotu nesymetrie zaznamenejte

do protokolu

OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE

Ztraacuteta faacuteze se realizuje pomociacute spiacutenače v pracovniacutem stole kdy odpojiacuteme napaacutejeciacute faacutezi Změřte

čas od odpojeniacute faacuteze L2 do vybaveniacute ochrany při ztraacutetě faacuteze a poznamenejte do protokolu

66 Demonstrace ochran při použitiacute dynamometru

OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU

K testu ochrany při zablokovaacuteniacute rotoru posloužiacute dynamometr jehož hřiacutedel je spojenaacute se hřiacutedeliacute

asynchronniacuteho motoru pomociacute spojky Hřiacutedel dynamometru je poteacute mechanicky zablokovaacutena

Stiskem přiacuteslušneacuteho tlačiacutetka je proveden start motoru a sledovaacuten proud při odpojeniacute motoru od

siacutetě a čas odpojeniacute Proud při vybaveniacute ochrany při mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru dosaacutehl

hodnoty 1978A což odpoviacutedaacute 582In

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute ndash (High current protection)

Pro simulaci proudoveacuteho přetiacuteženiacute maacuteme nastavenou hodnotu odebiacuteraneacuteho proudu na 130 pro

odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě Snižovaacuteniacutem jmenovityacutech otaacuteček motoru pomociacute dynamometru

(bržděniacutem tzn n rarr 0) dochaacuteziacute k naacuterůstu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu I Odpojeniacute nastalo při

odebiacuteraneacutem proudu 447A Nastaveneacute hodnotě (13In ) naacuteležiacute proud 442A Tiacutem lze konstatovat

že vyacutesledek měřeniacute je srovnatelnyacute s hodnotami uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute

Stav proudoveacuteho podtiacuteženiacute nedostatečneacuteho proudoveacuteho zatiacuteženiacute použiacutevanyacute zejmeacutena u čerpadel

je simulovaacuten pomociacute dynamometru kdy je nastavenaacute hodnota poklesu aktuaacutelniacuteho proudu na

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 58

085In a čas odpojeniacute od siacutetě na 10s Po roztočeniacute a zatiacuteženiacute motoru na hodnotu jmenoviteacuteho

proudu jsou pomociacute dynamometru zvyšovaacuteny otaacutečky motoru n Tento proces maacute za naacutesledek

snižovaacuteniacute aktuaacutelniacuteho proteacutekaneacuteho proudu I kdy motor ztraacuteciacute zatiacuteženiacute Nastaveneacute hodnotě

podtiacuteženiacute odpoviacutedaacute aktuaacutelniacute proud 289A Při dosaženiacute teacuteto uacuterovně je spuštěn odpočet a motor za

10s odpojen

67 Vyhodnoceniacute a zaacutevěr

Vyacutesledkem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute technologiiacute pro diagnostiku

veličin při chodu trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru Při demonstračniacute simulaci ochran byly

dosaženy naacutesledujiacuteciacute vyacutesledky PTC ochrana vybavuje při hodnotě odporu 341kΩ Tato hodnota

odpoviacutedaacute teplotě ϑg = 136degC odečteneacute z grafu Vypočtenaacute teplota ϑ = 13626degC Vyacuterobce uvaacutediacute

zapůsobeniacute ochrany při hodnotě odporu v rozsahu 34-38kΩ Zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů L2 a

L3 proběhla okamžitaacute blokace spuštěniacute motoru Faacutezovaacute nesymetrie vybavila při poklesu napětiacute o

5 Ztraacutetou napaacutejeciacute faacuteze proběhlo odpojeniacute motoru v čase t = 15s Čas odpojeniacute odpoviacutedaacute třiacutedě

přetiacuteženiacute 5E kteraacute je nastavena

Při testu za použitiacute dynamometru bylo zjištěno že při zablokovaneacutem rotoru motoru zapůsobil

kontroleacuter při nastaveneacutem přetiacuteženiacute 3In Teacuteto hodnotě naacuteležiacute proud 102A Jelikož je nastavena

třiacuteda přetiacuteženiacute 5E ktereacute naacuteležiacute interval 15s a poteacute odpojeniacute motoru tak během tohoto okamžiku

vzrostla hodnota proudu na 1978A což odpoviacutedaacute 582In Při proudoveacutem přetiacuteženiacute odpoviacutedaly

vyacutesledky měřeniacute nastaveneacute hodnotě přetiacuteženiacute 13In Ve stavu proudoveacuteho podtiacuteženiacute zapůsobila

ochrana spraacutevně dle nastaveneacuteho poklesu proudu na 085In

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 47: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 47

Obr 47 Scheacutema zapojeniacute demonstračniacuteho kufru

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 48

SIMULACE OCHRAN 5Kapitola obsahuje soupis simulaciacute ochran ktereacute jsou demonstrovaacuteny v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jež se zabyacutevaacute problematikou UMC100 Z širokeacute škaacutely ochran jsou vybraacuteny 4 situace ktereacute

se v průmyslu často vyskytujiacute

51 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

K nasimulovaacuteniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii je použit posuvnyacute potenciometr kteryacute je

připojen na svorky (12) Pomociacute potenciometru bude snižovaacutena velikost napětiacute na přiacutevodniacute faacutezi

do motoru (L1) Pro demonstraci ochrany je použit napěťovyacute modul VI150 spolu s UMC100 Na

svorky modulu označeneacute (L1L2 a L3) jsou přivedeny faacuteze v uvedeneacutem sledu Při zvyšovaacuteniacute

odporu rezistoru ve faacutezi dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute napětiacute na přiacutevodniacute svorce (L1) vlivem rostouciacuteho

uacutebytku napětiacute na daneacutem rezistoru Je-li napěťovyacute modul propojen vodičem s UMC a je-li spraacutevně

nastaven UMC vyhodnotiacute po určiteacutem poklesu napětiacute a naacuterůstu proudu ve zbylyacutech dvou faacuteziacutech

(L2 a L3) jako chybovou a vybaviacute Nejprve bude vybaveno varovaacuteniacute a poteacute dojde k odpojeniacute

motoru

52 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze je motor vystaven vysokeacutemu riziku což většinou vede k jeho

zničeniacute Demonstrace ochrany proběhne uacuteplnyacutem odpojeniacutem napaacutejeciacute faacuteze L2 Pro vybaveniacute

ochrany neniacute zapotřebiacute aby byl motor v chodu neboť použitiacute napěťoveacuteho modulu VI150

detekuje nepřiacutetomnost napětiacute faacuteze a vybaviacute Při chodu motoru ochrana vybaviacute od 15s pro třiacutedu

5E a do 12s pro 40E podle nastaveneacute třiacutedy přetiacuteženiacute viz Tab 32 Princip funkce při chodu

motoru spočiacutevaacute v porovnaacuteniacute nejvyššiacute a nejnižšiacute naměřeneacute hodnoty faacutezoveacuteho proudu s

nastavenyacutemi uacuterovněmi Vyacutehodou je že signalizuje varovaacuteniacute ještě před samotnyacutem spuštěniacutem

motoru kdy může nastat stav že je přepaacutelena pojistka a obsluha toto nezaznamenala Mimo

přepaacuteleneacute pojistky se může takeacute jednat o uvolněnyacute nebo opotřebenyacute kontakt

53 Ochrana sledu faacuteziacute

Pro spraacutevnyacute chod motoru a diagnostiku pomociacute kontroleacuteru s použitiacutem napěťoveacuteho modulu je

zapotřebiacute dodržet sled faacuteziacute tzn Faacutezovyacute vodič L1rarrsvorka L1 L2 rarrsvorka L3 a L3rarrsvorka L3

Při zaacuteměně některyacutech faacutezovyacutech vodičů neprodleně vybaviacute ochrana sledu faacuteziacute a neniacute dovoleno

spuštěniacute motoru do okamžiku dokud neniacute obsluhou tento probleacutem vyřešen

54 PTC ochrana

Pro vyhodnocovaacuteniacute teploty vinutiacute statoru motoru sloužiacute termistor PTC Při zvyacutešeniacute teploty

nastaacutevaacute zvyacutešeniacute odporu termistoru (viz Obr 38) a motor odpojiacute Udaacutevanaacute odezva UMC na

změnu odporu je v rozmeziacute R = 34-38kΩ

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 49

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany

Z důvodu ochrany motoru neniacute vhodneacute vystavovat motor zvyacutešeneacute teplotě pro nastiacuteněniacute funkce

PTC ochrany Pro tento uacutečel posloužiacute zhotovenyacute box osazenyacute lineaacuterniacutem potenciometrem

s hodnotou odporu 25kΩ jemuž jsou předřazeny odpory 1kΩ a 330Ω

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 50

LABORATORNIacute UacuteLOHA 6

61 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100

Uacutekolem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute řiacutediacuteciacute a kontrolniacute jednotkou pro

provoz trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru UMC100

Motorovyacute kontroleacuter nabiacuteziacute 3 releacuteoveacute vyacutestupy Tyto vyacutestupy jsou připojitelneacute na napětiacute 230V AC s

maximaacutelniacutem proudem 1A Releacuteoveacute vyacutestupy sloužiacute zejmeacutena pro připojeniacute budiacuteciacutech ciacutevek stykačů

Hlavniacute vstupy jsou tvořeny seacuteriiacute svorek jež je umiacutestěnaacute ve spodniacute čaacutesti kontroleacuteru Svorky nesou

označeniacute (DI0 DI1 hellip DI5) Tyto digitaacutelniacute vstupy pracujiacute s napětiacutem 24V DC a sloužiacute pro

připojeniacute ovlaacutedaciacutech tlačiacutetek jako start motoru stop motoru reverzaci rozběh hvězda-trojuacutehelniacutek

nebo např použitiacute vstupu pro koncovyacute spiacutenač pro připojeniacute pomocnyacutech kontaktů stykačů či

funkci aktuaacutetor kdy je ovlaacutedaacuten pohon ventilu Vše podle nastaveniacute uživatele a pracovniacuteho

procesu Vedle hlavniacutech vstupniacutech kontaktů se nachaacuteziacute takeacute jeden vyacutestupniacute s označeniacutem (DO3)

Tento digitaacutelniacute vyacutestup lze využiacutet k připojeniacute 24V DC signalizačniacute kontrolky pro chybovaacute hlaacutešeniacute

modulu UMC100 nabiacuteziacute integrovanyacute vstup pro připojeniacute PTC termistoru Diacuteky PTC jsme

schopni hliacutedat teplotu statoroveacuteho vinutiacute a předejiacutet tiacutem zaacutevažneacutemu poškozeniacute motoru

Hlavniacute obvod

Měřeniacute proudu faacutezovyacutemi vodiči je řešeno pomociacute 3 průvlečnyacutech ok integrovanyacutech v modulu

Tato průvlečnaacute oka jsou měřiacuteciacutemi transformaacutetory proudu navinutyacutemi na toroidniacutem jaacutedře Diacuteky

těmto transformaacutetorům je kontroleacuter schopnyacute měřit proud v rozsahu 024 až 63A Pro vyššiacute

hodnoty proudů až 850A se použiacutevaacute externiacute proudovyacute transformaacutetor

Možnost rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru

UMC se v průmyslovyacutech aplikaciacutech nejčastěji použiacutevaacute s využitiacutem napěťoveacuteho a rozšiřovaciacuteho

(vstupně-vyacutestupniacuteho) modulu Pro laboratorniacute uacutelohu je použit napěťovyacute modul VI150 a

rozšiřovaciacute modul DX122 jenž jsou připojeny k UMC pomociacute UMCIO-CAB přes svorky

s označeniacutem Ca a Cb

Napěťovyacute modul VI150

K demonstraci kontroleacuteru je použit modul s označeniacutem VI150 Zařiacutezeniacute disponuje konektory pro

připojeniacute faacutezovyacutech vodičů (L1 L2 a L3) a je schopneacute měřit hodnotu sdruženeacuteho napětiacute siacutetě

S naměřenyacutemi hodnotami faacutezoveacuteho proudu pomociacute UMC dostaacutevaacuteme takeacute hodnotu faacutezoveacuteho

posuvu mezi napětiacutem a proudem tedy uacutečiniacuteku cos φ Z těchto naměřenyacutech parametrů vypočiacutetaacute

řiacutediacuteciacute jednotka kontroleacuteru činnyacute přiacutekon Ovšem pro spraacutevnou detekci napětiacute je nutneacute dodržet

zapojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 51

Vstupně-vyacutestupniacute modul DX122

Modul umožňuje rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru o dalšiacutech 8 digitaacutelniacutech vstupů na napětiacute 110-230V AC 4

releacuteoveacute vyacutestupy a 1 analogovyacute vyacutestup Pomociacute programu ABB Asset Vision Basic je možneacute

přiacutemeacute přiřazeniacute parametrů a programovaacuteniacute UMC100 a takeacute všech zařiacutezeniacute kteraacute jsou vybavena

DTM (Device Type Manager)- naacutestroj pro konfiguraci a spraacutevu zařiacutezeniacute

Komunikačniacute modul MTQ22

O komunikaci mezi UMC a PC se staraacute modul MTQ22 V software vytvořeneacutem pomociacute

vyacutevojoveacuteho prostřediacute LabVIEW lze sledovat aktuaacutelniacute měřeneacute veličiny zobrazenaacute varovaacuteniacute

poruchovyacutech stavů informace o stavu vstupů a vyacutestupů apod

Napaacutejeciacute zdroj

Napaacutejeniacute modulů zajišťuje zdroj CP-D 2413A s regulaciacute vyacutestupniacuteho napětiacute Regulace je možnaacute

v rozpětiacute 24-28V DC Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute zdroje je umožněna z důvodu požadavku

přesneacuteho napětiacute 24V DC Vlivem zatiacuteženiacute (napaacutejeniacute UMC VI a DX) vyacutestupniacute napětiacute zdroje klesaacute

podle zatěžovaciacute charakteristiky přiacuteslušneacuteho zdroje CP-D sloužiacute takeacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacutech

vstupů UMC

Ochranneacute funkce

UMC nenabiacuteziacute pouze možnost měřeniacute faacutezoveacuteho proudu ale takeacute řadu ochran při poruchovyacutech

stavech provozu Nejčastěji v praxi využiacutevanaacute ochrana je ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute kteraacute

je doprovaacutezena varovnou signalizaciacute nastaacutevajiacuteciacute poruchy

Ochrana motoru při proudoveacutem podtiacuteženiacute pracuje na obdobneacutem principu jako předchoziacute ochrana

Kontroleacuter monitoruje hladinu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu Při jeho poklesu pod nastavenou

uacuteroveň maximaacutelniacuteho dovoleneacuteho poklesu (udaacutevaneacute relativně v k jmenoviteacutemu In) dochaacuteziacute k

signalizaci chyby a odpojeniacute motoru od siacutetě

PTC ochrana spočiacutevaacute v hliacutedaacuteniacute teploty statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru pomociacute PTC

termistoru V našem přiacutepadě je použito lineaacuterniacuteho potenciometru kdy se zvyšujiacuteciacutem se odporem

potenciometru simulujeme zvyšujiacuteciacute se teplotu statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru

Při ztraacutetě některeacute napaacutejeciacute faacuteze motoru dochaacuteziacute k okamžiteacutemu blokovaacuteniacute startu motoru

Ochrana sledu faacuteziacute zajistiacute spraacutevneacute zapojeniacute vodičů L1 L2 a L3 ktereacute je slučitelneacute s nastaveniacutem v

UMC

Vlivem přerušovaneacuteho provozu např S3 kdy nedochaacuteziacute v době klidu a odpojeniacute motoru k

poklesu teploty na teplotu okoliacute může vybavit Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute - Thermal

Overload Protection (TOL)

Zablokovaniacute rotoru byacutevaacute způsobeno přiacuteliš vysokyacutem zaacutetěžnyacutem momentem Mz na hřiacutedeli motoru

nebo mechanickou poruchou Kontroleacuter je při startu schopen detekovat tento stav

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 52

62 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute uacutelohy a scheacutema zapojeniacute panelu

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 53

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 54

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha

Štiacutetek použiteacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 64 Štiacutetek motoru

63 Popis scheacutematu zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

Na vstupniacute svorky s označeniacutem VSTUP (L1 L2 L3 N PE) jsou přivedeny přiacuteslušneacute vodiče

z pracovniacuteho stolu Hlavniacute 16A jistič s vypiacutenaciacute charakteristikou typu C sloužiacute pro jištěniacute siloveacute

čaacutesti obvodu Pro jištěniacute napaacutejeciacuteho zdroje CP-D sloužiacute tavnaacute pojistka 2T250V Napěťoveacute

vstupy na modul VI150 jsou jištěny tavnou pojistkou F125250V Posuvnyacute potenciometr

umiacutestěnyacute na faacutezoveacutem vodiči L1 sloužiacute k demonstraci ochrany při faacutezoveacute nesymetrii

Komunikačniacute modul MTQ22 zajišťuje komunikaci mezi UMC a PC kdy prostřednictviacutem

Ethernetoveacute siacutetě jsme schopni čiacutest měřeneacute veličiny

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 55

64 Pracovniacute postup

1 Seznamte se s kontroleacuterem UMC100 a ostatniacutemi komponenty použityacutemi pro laboratorniacute

uacutelohu a se scheacutematem zapojeniacute uacutelohy

2 Připojte elektromotor a vstupniacute svorky na přiacuteslušneacute zdiacuteřky Před připojeniacutem vyacutekonoveacuteho

potenciometru ověřte měřeniacutem jeho minimaacutelniacute a maximaacutelniacute hodnotu odporu a

poznamenejte si je

3 Připojte potenciometr na určeneacute zdiacuteřky označeneacute čiacutesly 1 a 2 a nastavte hodnotu odporu

4 Po kontrole zapojeniacute vyučujiacuteciacutem zapněte pracoviště a nastavte autotransformaacutetor na 100

vyacutestupniacuteho napětiacute Zapněte hlavniacute jistič Kontrola a nastaveniacute komunikace mezi UMC

DX a VI

Nastaveniacute Komunikace se provede přes LCD displej naacutesledujiacuteciacutem způsobem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on

5 Stiskem tlačiacutetka VPŘED nebo VZAD na panelu uvedeme motor do chodu Pro přechod

z jednoho směru do druheacuteho je nutneacute nejprve zastavit motor tlačiacutetkem STOP Při

zastaveniacute je kontroleacuterem motor blokovaacuten po dobu 3s před dalšiacutem spuštěniacutem z důvodu

doběhu motoru Pohybem tlačiacutetek nahoru dolů pomociacute LCD v hlavniacute nabiacutedce - UMC -

můžeme sledovat aktuaacutelniacute proud motoru sdruženeacute napětiacute odebiacuteranyacute přiacutekon ze siacutetě

uacutečiniacutekhellip

6 Při provaacuteděniacute uacutelohy na brzdě (dynamometru) ověřte funkci ochrany při zablokovaacuteniacute

rotoru funkci ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a proudoveacutem přetiacuteženiacute

7 Při vybaveniacute každeacute z ochran zaznamenejte hodnotu kdy vypnula Před novyacutem startem je

důležiteacute přečiacutest zaacuteznam důvodu poruchy a proveacutest reset na panelu UMC100-PAN jinak je

START blokovaacuten

65 Měřeniacute

OCHRANA PŘED PŘEHŘAacuteTIacuteM MOTORU

Potenciometrem označenyacutem PTC je zvyšovaacutena hodnotu odporu do okamžiku kdy dojde

k odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě zapůsobeniacutem PTC ochrany Hodnota odporu potenciometru

při vybaveniacute ochrany je určena měřeniacutem na 341kΩ Odpoviacutedajiacuteciacute hodnotu teploty motoru

odečteme z grafu a hodnoty odporu potenciometru při vypnutiacute

Do tabulky zapište změřenou hodnotu odporu potenciometru při vypnutiacute Při teacuteto hodnotě odporu

odečtěte teplotu motoru z grafu Ziacuteskanou teplotu porovnejte s vypočtenou teplotou motoru

Tabulka naměřenyacutech a vypočtenyacutech hodnot

R ϑg R0 ϑ

[Ω] [degC] [Ω] [degC]

3410 136 1320 13626

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 56

Vyacutepočet vychaacuteziacute ze vztahu pro zaacutevislost elektrickeacuteho odporu vodiče na teplotě

(651)

kde

(652)

Po uacutepravě pak

α - teplotniacute součinitel elektrickeacuteho odporu (K-1

) (α = 001162 K-1

)

R0 - odpor potenciometru v zaacutekladniacute poloze

R - odpor potenciometru při vybaveniacute ochrany

ϑg - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute odečtenaacute z grafu

ϑ - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute ndash vypočtenaacute

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

R [

Ω]

ϑ [degC]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 57

Vinutiacute motoru je izolovaacuteno izolaciacute třiacutedy F (155)

Třiacuteda izolace A E B F H

Okolniacute teplota [degC] 40 40 40 40 40

Povolenyacute naacuterůst teploty [degC] 60 75 80 105 125

Teplotniacute rezerva 5 5 10 10 15

Konečnaacute teplota 105 120 130 155 180

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru [12]

OCHRANA PŘED NESPRAacuteVNYacuteM SLEDEM FAacuteZIacute

Nedodrženiacutem sledu napaacutejeciacutech faacutezovyacutech vodičů (zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů svorek L2 a L3)

jak je nastaveno v UMC provaacutediacute napěťovyacute modul blokaci startu motoru V tomto přiacutepadě

vybavuje neprodleně ochrana sledu faacuteziacute ndashPhase sequence Funkci zaznamenejte do protokolu

OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII

Zvyšovaacuteniacutem odporu vyacutekonoveacuteho potenciometru zapojeneacuteho ve faacutezi L1 (viz scheacutema zapojeniacute

uacutelohy) dochaacuteziacute k simulaci faacutezoveacute nesymetrie siacutetě Motor je odpojen v okamžiku kdy poklesne

hodnota sdruženeacuteho napětiacute mezi faacutezemi L3 a L1 přibližně na hodnotu Us = 380V Velikost

odporu při vybaveniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii činiacute 101Ω Hodnotu nesymetrie zaznamenejte

do protokolu

OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE

Ztraacuteta faacuteze se realizuje pomociacute spiacutenače v pracovniacutem stole kdy odpojiacuteme napaacutejeciacute faacutezi Změřte

čas od odpojeniacute faacuteze L2 do vybaveniacute ochrany při ztraacutetě faacuteze a poznamenejte do protokolu

66 Demonstrace ochran při použitiacute dynamometru

OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU

K testu ochrany při zablokovaacuteniacute rotoru posloužiacute dynamometr jehož hřiacutedel je spojenaacute se hřiacutedeliacute

asynchronniacuteho motoru pomociacute spojky Hřiacutedel dynamometru je poteacute mechanicky zablokovaacutena

Stiskem přiacuteslušneacuteho tlačiacutetka je proveden start motoru a sledovaacuten proud při odpojeniacute motoru od

siacutetě a čas odpojeniacute Proud při vybaveniacute ochrany při mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru dosaacutehl

hodnoty 1978A což odpoviacutedaacute 582In

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute ndash (High current protection)

Pro simulaci proudoveacuteho přetiacuteženiacute maacuteme nastavenou hodnotu odebiacuteraneacuteho proudu na 130 pro

odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě Snižovaacuteniacutem jmenovityacutech otaacuteček motoru pomociacute dynamometru

(bržděniacutem tzn n rarr 0) dochaacuteziacute k naacuterůstu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu I Odpojeniacute nastalo při

odebiacuteraneacutem proudu 447A Nastaveneacute hodnotě (13In ) naacuteležiacute proud 442A Tiacutem lze konstatovat

že vyacutesledek měřeniacute je srovnatelnyacute s hodnotami uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute

Stav proudoveacuteho podtiacuteženiacute nedostatečneacuteho proudoveacuteho zatiacuteženiacute použiacutevanyacute zejmeacutena u čerpadel

je simulovaacuten pomociacute dynamometru kdy je nastavenaacute hodnota poklesu aktuaacutelniacuteho proudu na

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 58

085In a čas odpojeniacute od siacutetě na 10s Po roztočeniacute a zatiacuteženiacute motoru na hodnotu jmenoviteacuteho

proudu jsou pomociacute dynamometru zvyšovaacuteny otaacutečky motoru n Tento proces maacute za naacutesledek

snižovaacuteniacute aktuaacutelniacuteho proteacutekaneacuteho proudu I kdy motor ztraacuteciacute zatiacuteženiacute Nastaveneacute hodnotě

podtiacuteženiacute odpoviacutedaacute aktuaacutelniacute proud 289A Při dosaženiacute teacuteto uacuterovně je spuštěn odpočet a motor za

10s odpojen

67 Vyhodnoceniacute a zaacutevěr

Vyacutesledkem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute technologiiacute pro diagnostiku

veličin při chodu trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru Při demonstračniacute simulaci ochran byly

dosaženy naacutesledujiacuteciacute vyacutesledky PTC ochrana vybavuje při hodnotě odporu 341kΩ Tato hodnota

odpoviacutedaacute teplotě ϑg = 136degC odečteneacute z grafu Vypočtenaacute teplota ϑ = 13626degC Vyacuterobce uvaacutediacute

zapůsobeniacute ochrany při hodnotě odporu v rozsahu 34-38kΩ Zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů L2 a

L3 proběhla okamžitaacute blokace spuštěniacute motoru Faacutezovaacute nesymetrie vybavila při poklesu napětiacute o

5 Ztraacutetou napaacutejeciacute faacuteze proběhlo odpojeniacute motoru v čase t = 15s Čas odpojeniacute odpoviacutedaacute třiacutedě

přetiacuteženiacute 5E kteraacute je nastavena

Při testu za použitiacute dynamometru bylo zjištěno že při zablokovaneacutem rotoru motoru zapůsobil

kontroleacuter při nastaveneacutem přetiacuteženiacute 3In Teacuteto hodnotě naacuteležiacute proud 102A Jelikož je nastavena

třiacuteda přetiacuteženiacute 5E ktereacute naacuteležiacute interval 15s a poteacute odpojeniacute motoru tak během tohoto okamžiku

vzrostla hodnota proudu na 1978A což odpoviacutedaacute 582In Při proudoveacutem přetiacuteženiacute odpoviacutedaly

vyacutesledky měřeniacute nastaveneacute hodnotě přetiacuteženiacute 13In Ve stavu proudoveacuteho podtiacuteženiacute zapůsobila

ochrana spraacutevně dle nastaveneacuteho poklesu proudu na 085In

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 48: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 48

SIMULACE OCHRAN 5Kapitola obsahuje soupis simulaciacute ochran ktereacute jsou demonstrovaacuteny v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jež se zabyacutevaacute problematikou UMC100 Z širokeacute škaacutely ochran jsou vybraacuteny 4 situace ktereacute

se v průmyslu často vyskytujiacute

51 Ochrana při faacutezoveacute nesymetrii

K nasimulovaacuteniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii je použit posuvnyacute potenciometr kteryacute je

připojen na svorky (12) Pomociacute potenciometru bude snižovaacutena velikost napětiacute na přiacutevodniacute faacutezi

do motoru (L1) Pro demonstraci ochrany je použit napěťovyacute modul VI150 spolu s UMC100 Na

svorky modulu označeneacute (L1L2 a L3) jsou přivedeny faacuteze v uvedeneacutem sledu Při zvyšovaacuteniacute

odporu rezistoru ve faacutezi dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute napětiacute na přiacutevodniacute svorce (L1) vlivem rostouciacuteho

uacutebytku napětiacute na daneacutem rezistoru Je-li napěťovyacute modul propojen vodičem s UMC a je-li spraacutevně

nastaven UMC vyhodnotiacute po určiteacutem poklesu napětiacute a naacuterůstu proudu ve zbylyacutech dvou faacuteziacutech

(L2 a L3) jako chybovou a vybaviacute Nejprve bude vybaveno varovaacuteniacute a poteacute dojde k odpojeniacute

motoru

52 Ochrana při ztraacutetě faacuteze

Při ztraacutetě napaacutejeciacute faacuteze je motor vystaven vysokeacutemu riziku což většinou vede k jeho

zničeniacute Demonstrace ochrany proběhne uacuteplnyacutem odpojeniacutem napaacutejeciacute faacuteze L2 Pro vybaveniacute

ochrany neniacute zapotřebiacute aby byl motor v chodu neboť použitiacute napěťoveacuteho modulu VI150

detekuje nepřiacutetomnost napětiacute faacuteze a vybaviacute Při chodu motoru ochrana vybaviacute od 15s pro třiacutedu

5E a do 12s pro 40E podle nastaveneacute třiacutedy přetiacuteženiacute viz Tab 32 Princip funkce při chodu

motoru spočiacutevaacute v porovnaacuteniacute nejvyššiacute a nejnižšiacute naměřeneacute hodnoty faacutezoveacuteho proudu s

nastavenyacutemi uacuterovněmi Vyacutehodou je že signalizuje varovaacuteniacute ještě před samotnyacutem spuštěniacutem

motoru kdy může nastat stav že je přepaacutelena pojistka a obsluha toto nezaznamenala Mimo

přepaacuteleneacute pojistky se může takeacute jednat o uvolněnyacute nebo opotřebenyacute kontakt

53 Ochrana sledu faacuteziacute

Pro spraacutevnyacute chod motoru a diagnostiku pomociacute kontroleacuteru s použitiacutem napěťoveacuteho modulu je

zapotřebiacute dodržet sled faacuteziacute tzn Faacutezovyacute vodič L1rarrsvorka L1 L2 rarrsvorka L3 a L3rarrsvorka L3

Při zaacuteměně některyacutech faacutezovyacutech vodičů neprodleně vybaviacute ochrana sledu faacuteziacute a neniacute dovoleno

spuštěniacute motoru do okamžiku dokud neniacute obsluhou tento probleacutem vyřešen

54 PTC ochrana

Pro vyhodnocovaacuteniacute teploty vinutiacute statoru motoru sloužiacute termistor PTC Při zvyacutešeniacute teploty

nastaacutevaacute zvyacutešeniacute odporu termistoru (viz Obr 38) a motor odpojiacute Udaacutevanaacute odezva UMC na

změnu odporu je v rozmeziacute R = 34-38kΩ

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 49

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany

Z důvodu ochrany motoru neniacute vhodneacute vystavovat motor zvyacutešeneacute teplotě pro nastiacuteněniacute funkce

PTC ochrany Pro tento uacutečel posloužiacute zhotovenyacute box osazenyacute lineaacuterniacutem potenciometrem

s hodnotou odporu 25kΩ jemuž jsou předřazeny odpory 1kΩ a 330Ω

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 50

LABORATORNIacute UacuteLOHA 6

61 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100

Uacutekolem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute řiacutediacuteciacute a kontrolniacute jednotkou pro

provoz trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru UMC100

Motorovyacute kontroleacuter nabiacuteziacute 3 releacuteoveacute vyacutestupy Tyto vyacutestupy jsou připojitelneacute na napětiacute 230V AC s

maximaacutelniacutem proudem 1A Releacuteoveacute vyacutestupy sloužiacute zejmeacutena pro připojeniacute budiacuteciacutech ciacutevek stykačů

Hlavniacute vstupy jsou tvořeny seacuteriiacute svorek jež je umiacutestěnaacute ve spodniacute čaacutesti kontroleacuteru Svorky nesou

označeniacute (DI0 DI1 hellip DI5) Tyto digitaacutelniacute vstupy pracujiacute s napětiacutem 24V DC a sloužiacute pro

připojeniacute ovlaacutedaciacutech tlačiacutetek jako start motoru stop motoru reverzaci rozběh hvězda-trojuacutehelniacutek

nebo např použitiacute vstupu pro koncovyacute spiacutenač pro připojeniacute pomocnyacutech kontaktů stykačů či

funkci aktuaacutetor kdy je ovlaacutedaacuten pohon ventilu Vše podle nastaveniacute uživatele a pracovniacuteho

procesu Vedle hlavniacutech vstupniacutech kontaktů se nachaacuteziacute takeacute jeden vyacutestupniacute s označeniacutem (DO3)

Tento digitaacutelniacute vyacutestup lze využiacutet k připojeniacute 24V DC signalizačniacute kontrolky pro chybovaacute hlaacutešeniacute

modulu UMC100 nabiacuteziacute integrovanyacute vstup pro připojeniacute PTC termistoru Diacuteky PTC jsme

schopni hliacutedat teplotu statoroveacuteho vinutiacute a předejiacutet tiacutem zaacutevažneacutemu poškozeniacute motoru

Hlavniacute obvod

Měřeniacute proudu faacutezovyacutemi vodiči je řešeno pomociacute 3 průvlečnyacutech ok integrovanyacutech v modulu

Tato průvlečnaacute oka jsou měřiacuteciacutemi transformaacutetory proudu navinutyacutemi na toroidniacutem jaacutedře Diacuteky

těmto transformaacutetorům je kontroleacuter schopnyacute měřit proud v rozsahu 024 až 63A Pro vyššiacute

hodnoty proudů až 850A se použiacutevaacute externiacute proudovyacute transformaacutetor

Možnost rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru

UMC se v průmyslovyacutech aplikaciacutech nejčastěji použiacutevaacute s využitiacutem napěťoveacuteho a rozšiřovaciacuteho

(vstupně-vyacutestupniacuteho) modulu Pro laboratorniacute uacutelohu je použit napěťovyacute modul VI150 a

rozšiřovaciacute modul DX122 jenž jsou připojeny k UMC pomociacute UMCIO-CAB přes svorky

s označeniacutem Ca a Cb

Napěťovyacute modul VI150

K demonstraci kontroleacuteru je použit modul s označeniacutem VI150 Zařiacutezeniacute disponuje konektory pro

připojeniacute faacutezovyacutech vodičů (L1 L2 a L3) a je schopneacute měřit hodnotu sdruženeacuteho napětiacute siacutetě

S naměřenyacutemi hodnotami faacutezoveacuteho proudu pomociacute UMC dostaacutevaacuteme takeacute hodnotu faacutezoveacuteho

posuvu mezi napětiacutem a proudem tedy uacutečiniacuteku cos φ Z těchto naměřenyacutech parametrů vypočiacutetaacute

řiacutediacuteciacute jednotka kontroleacuteru činnyacute přiacutekon Ovšem pro spraacutevnou detekci napětiacute je nutneacute dodržet

zapojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 51

Vstupně-vyacutestupniacute modul DX122

Modul umožňuje rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru o dalšiacutech 8 digitaacutelniacutech vstupů na napětiacute 110-230V AC 4

releacuteoveacute vyacutestupy a 1 analogovyacute vyacutestup Pomociacute programu ABB Asset Vision Basic je možneacute

přiacutemeacute přiřazeniacute parametrů a programovaacuteniacute UMC100 a takeacute všech zařiacutezeniacute kteraacute jsou vybavena

DTM (Device Type Manager)- naacutestroj pro konfiguraci a spraacutevu zařiacutezeniacute

Komunikačniacute modul MTQ22

O komunikaci mezi UMC a PC se staraacute modul MTQ22 V software vytvořeneacutem pomociacute

vyacutevojoveacuteho prostřediacute LabVIEW lze sledovat aktuaacutelniacute měřeneacute veličiny zobrazenaacute varovaacuteniacute

poruchovyacutech stavů informace o stavu vstupů a vyacutestupů apod

Napaacutejeciacute zdroj

Napaacutejeniacute modulů zajišťuje zdroj CP-D 2413A s regulaciacute vyacutestupniacuteho napětiacute Regulace je možnaacute

v rozpětiacute 24-28V DC Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute zdroje je umožněna z důvodu požadavku

přesneacuteho napětiacute 24V DC Vlivem zatiacuteženiacute (napaacutejeniacute UMC VI a DX) vyacutestupniacute napětiacute zdroje klesaacute

podle zatěžovaciacute charakteristiky přiacuteslušneacuteho zdroje CP-D sloužiacute takeacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacutech

vstupů UMC

Ochranneacute funkce

UMC nenabiacuteziacute pouze možnost měřeniacute faacutezoveacuteho proudu ale takeacute řadu ochran při poruchovyacutech

stavech provozu Nejčastěji v praxi využiacutevanaacute ochrana je ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute kteraacute

je doprovaacutezena varovnou signalizaciacute nastaacutevajiacuteciacute poruchy

Ochrana motoru při proudoveacutem podtiacuteženiacute pracuje na obdobneacutem principu jako předchoziacute ochrana

Kontroleacuter monitoruje hladinu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu Při jeho poklesu pod nastavenou

uacuteroveň maximaacutelniacuteho dovoleneacuteho poklesu (udaacutevaneacute relativně v k jmenoviteacutemu In) dochaacuteziacute k

signalizaci chyby a odpojeniacute motoru od siacutetě

PTC ochrana spočiacutevaacute v hliacutedaacuteniacute teploty statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru pomociacute PTC

termistoru V našem přiacutepadě je použito lineaacuterniacuteho potenciometru kdy se zvyšujiacuteciacutem se odporem

potenciometru simulujeme zvyšujiacuteciacute se teplotu statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru

Při ztraacutetě některeacute napaacutejeciacute faacuteze motoru dochaacuteziacute k okamžiteacutemu blokovaacuteniacute startu motoru

Ochrana sledu faacuteziacute zajistiacute spraacutevneacute zapojeniacute vodičů L1 L2 a L3 ktereacute je slučitelneacute s nastaveniacutem v

UMC

Vlivem přerušovaneacuteho provozu např S3 kdy nedochaacuteziacute v době klidu a odpojeniacute motoru k

poklesu teploty na teplotu okoliacute může vybavit Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute - Thermal

Overload Protection (TOL)

Zablokovaniacute rotoru byacutevaacute způsobeno přiacuteliš vysokyacutem zaacutetěžnyacutem momentem Mz na hřiacutedeli motoru

nebo mechanickou poruchou Kontroleacuter je při startu schopen detekovat tento stav

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 52

62 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute uacutelohy a scheacutema zapojeniacute panelu

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 53

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 54

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha

Štiacutetek použiteacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 64 Štiacutetek motoru

63 Popis scheacutematu zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

Na vstupniacute svorky s označeniacutem VSTUP (L1 L2 L3 N PE) jsou přivedeny přiacuteslušneacute vodiče

z pracovniacuteho stolu Hlavniacute 16A jistič s vypiacutenaciacute charakteristikou typu C sloužiacute pro jištěniacute siloveacute

čaacutesti obvodu Pro jištěniacute napaacutejeciacuteho zdroje CP-D sloužiacute tavnaacute pojistka 2T250V Napěťoveacute

vstupy na modul VI150 jsou jištěny tavnou pojistkou F125250V Posuvnyacute potenciometr

umiacutestěnyacute na faacutezoveacutem vodiči L1 sloužiacute k demonstraci ochrany při faacutezoveacute nesymetrii

Komunikačniacute modul MTQ22 zajišťuje komunikaci mezi UMC a PC kdy prostřednictviacutem

Ethernetoveacute siacutetě jsme schopni čiacutest měřeneacute veličiny

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 55

64 Pracovniacute postup

1 Seznamte se s kontroleacuterem UMC100 a ostatniacutemi komponenty použityacutemi pro laboratorniacute

uacutelohu a se scheacutematem zapojeniacute uacutelohy

2 Připojte elektromotor a vstupniacute svorky na přiacuteslušneacute zdiacuteřky Před připojeniacutem vyacutekonoveacuteho

potenciometru ověřte měřeniacutem jeho minimaacutelniacute a maximaacutelniacute hodnotu odporu a

poznamenejte si je

3 Připojte potenciometr na určeneacute zdiacuteřky označeneacute čiacutesly 1 a 2 a nastavte hodnotu odporu

4 Po kontrole zapojeniacute vyučujiacuteciacutem zapněte pracoviště a nastavte autotransformaacutetor na 100

vyacutestupniacuteho napětiacute Zapněte hlavniacute jistič Kontrola a nastaveniacute komunikace mezi UMC

DX a VI

Nastaveniacute Komunikace se provede přes LCD displej naacutesledujiacuteciacutem způsobem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on

5 Stiskem tlačiacutetka VPŘED nebo VZAD na panelu uvedeme motor do chodu Pro přechod

z jednoho směru do druheacuteho je nutneacute nejprve zastavit motor tlačiacutetkem STOP Při

zastaveniacute je kontroleacuterem motor blokovaacuten po dobu 3s před dalšiacutem spuštěniacutem z důvodu

doběhu motoru Pohybem tlačiacutetek nahoru dolů pomociacute LCD v hlavniacute nabiacutedce - UMC -

můžeme sledovat aktuaacutelniacute proud motoru sdruženeacute napětiacute odebiacuteranyacute přiacutekon ze siacutetě

uacutečiniacutekhellip

6 Při provaacuteděniacute uacutelohy na brzdě (dynamometru) ověřte funkci ochrany při zablokovaacuteniacute

rotoru funkci ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a proudoveacutem přetiacuteženiacute

7 Při vybaveniacute každeacute z ochran zaznamenejte hodnotu kdy vypnula Před novyacutem startem je

důležiteacute přečiacutest zaacuteznam důvodu poruchy a proveacutest reset na panelu UMC100-PAN jinak je

START blokovaacuten

65 Měřeniacute

OCHRANA PŘED PŘEHŘAacuteTIacuteM MOTORU

Potenciometrem označenyacutem PTC je zvyšovaacutena hodnotu odporu do okamžiku kdy dojde

k odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě zapůsobeniacutem PTC ochrany Hodnota odporu potenciometru

při vybaveniacute ochrany je určena měřeniacutem na 341kΩ Odpoviacutedajiacuteciacute hodnotu teploty motoru

odečteme z grafu a hodnoty odporu potenciometru při vypnutiacute

Do tabulky zapište změřenou hodnotu odporu potenciometru při vypnutiacute Při teacuteto hodnotě odporu

odečtěte teplotu motoru z grafu Ziacuteskanou teplotu porovnejte s vypočtenou teplotou motoru

Tabulka naměřenyacutech a vypočtenyacutech hodnot

R ϑg R0 ϑ

[Ω] [degC] [Ω] [degC]

3410 136 1320 13626

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 56

Vyacutepočet vychaacuteziacute ze vztahu pro zaacutevislost elektrickeacuteho odporu vodiče na teplotě

(651)

kde

(652)

Po uacutepravě pak

α - teplotniacute součinitel elektrickeacuteho odporu (K-1

) (α = 001162 K-1

)

R0 - odpor potenciometru v zaacutekladniacute poloze

R - odpor potenciometru při vybaveniacute ochrany

ϑg - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute odečtenaacute z grafu

ϑ - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute ndash vypočtenaacute

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

R [

Ω]

ϑ [degC]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 57

Vinutiacute motoru je izolovaacuteno izolaciacute třiacutedy F (155)

Třiacuteda izolace A E B F H

Okolniacute teplota [degC] 40 40 40 40 40

Povolenyacute naacuterůst teploty [degC] 60 75 80 105 125

Teplotniacute rezerva 5 5 10 10 15

Konečnaacute teplota 105 120 130 155 180

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru [12]

OCHRANA PŘED NESPRAacuteVNYacuteM SLEDEM FAacuteZIacute

Nedodrženiacutem sledu napaacutejeciacutech faacutezovyacutech vodičů (zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů svorek L2 a L3)

jak je nastaveno v UMC provaacutediacute napěťovyacute modul blokaci startu motoru V tomto přiacutepadě

vybavuje neprodleně ochrana sledu faacuteziacute ndashPhase sequence Funkci zaznamenejte do protokolu

OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII

Zvyšovaacuteniacutem odporu vyacutekonoveacuteho potenciometru zapojeneacuteho ve faacutezi L1 (viz scheacutema zapojeniacute

uacutelohy) dochaacuteziacute k simulaci faacutezoveacute nesymetrie siacutetě Motor je odpojen v okamžiku kdy poklesne

hodnota sdruženeacuteho napětiacute mezi faacutezemi L3 a L1 přibližně na hodnotu Us = 380V Velikost

odporu při vybaveniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii činiacute 101Ω Hodnotu nesymetrie zaznamenejte

do protokolu

OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE

Ztraacuteta faacuteze se realizuje pomociacute spiacutenače v pracovniacutem stole kdy odpojiacuteme napaacutejeciacute faacutezi Změřte

čas od odpojeniacute faacuteze L2 do vybaveniacute ochrany při ztraacutetě faacuteze a poznamenejte do protokolu

66 Demonstrace ochran při použitiacute dynamometru

OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU

K testu ochrany při zablokovaacuteniacute rotoru posloužiacute dynamometr jehož hřiacutedel je spojenaacute se hřiacutedeliacute

asynchronniacuteho motoru pomociacute spojky Hřiacutedel dynamometru je poteacute mechanicky zablokovaacutena

Stiskem přiacuteslušneacuteho tlačiacutetka je proveden start motoru a sledovaacuten proud při odpojeniacute motoru od

siacutetě a čas odpojeniacute Proud při vybaveniacute ochrany při mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru dosaacutehl

hodnoty 1978A což odpoviacutedaacute 582In

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute ndash (High current protection)

Pro simulaci proudoveacuteho přetiacuteženiacute maacuteme nastavenou hodnotu odebiacuteraneacuteho proudu na 130 pro

odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě Snižovaacuteniacutem jmenovityacutech otaacuteček motoru pomociacute dynamometru

(bržděniacutem tzn n rarr 0) dochaacuteziacute k naacuterůstu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu I Odpojeniacute nastalo při

odebiacuteraneacutem proudu 447A Nastaveneacute hodnotě (13In ) naacuteležiacute proud 442A Tiacutem lze konstatovat

že vyacutesledek měřeniacute je srovnatelnyacute s hodnotami uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute

Stav proudoveacuteho podtiacuteženiacute nedostatečneacuteho proudoveacuteho zatiacuteženiacute použiacutevanyacute zejmeacutena u čerpadel

je simulovaacuten pomociacute dynamometru kdy je nastavenaacute hodnota poklesu aktuaacutelniacuteho proudu na

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 58

085In a čas odpojeniacute od siacutetě na 10s Po roztočeniacute a zatiacuteženiacute motoru na hodnotu jmenoviteacuteho

proudu jsou pomociacute dynamometru zvyšovaacuteny otaacutečky motoru n Tento proces maacute za naacutesledek

snižovaacuteniacute aktuaacutelniacuteho proteacutekaneacuteho proudu I kdy motor ztraacuteciacute zatiacuteženiacute Nastaveneacute hodnotě

podtiacuteženiacute odpoviacutedaacute aktuaacutelniacute proud 289A Při dosaženiacute teacuteto uacuterovně je spuštěn odpočet a motor za

10s odpojen

67 Vyhodnoceniacute a zaacutevěr

Vyacutesledkem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute technologiiacute pro diagnostiku

veličin při chodu trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru Při demonstračniacute simulaci ochran byly

dosaženy naacutesledujiacuteciacute vyacutesledky PTC ochrana vybavuje při hodnotě odporu 341kΩ Tato hodnota

odpoviacutedaacute teplotě ϑg = 136degC odečteneacute z grafu Vypočtenaacute teplota ϑ = 13626degC Vyacuterobce uvaacutediacute

zapůsobeniacute ochrany při hodnotě odporu v rozsahu 34-38kΩ Zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů L2 a

L3 proběhla okamžitaacute blokace spuštěniacute motoru Faacutezovaacute nesymetrie vybavila při poklesu napětiacute o

5 Ztraacutetou napaacutejeciacute faacuteze proběhlo odpojeniacute motoru v čase t = 15s Čas odpojeniacute odpoviacutedaacute třiacutedě

přetiacuteženiacute 5E kteraacute je nastavena

Při testu za použitiacute dynamometru bylo zjištěno že při zablokovaneacutem rotoru motoru zapůsobil

kontroleacuter při nastaveneacutem přetiacuteženiacute 3In Teacuteto hodnotě naacuteležiacute proud 102A Jelikož je nastavena

třiacuteda přetiacuteženiacute 5E ktereacute naacuteležiacute interval 15s a poteacute odpojeniacute motoru tak během tohoto okamžiku

vzrostla hodnota proudu na 1978A což odpoviacutedaacute 582In Při proudoveacutem přetiacuteženiacute odpoviacutedaly

vyacutesledky měřeniacute nastaveneacute hodnotě přetiacuteženiacute 13In Ve stavu proudoveacuteho podtiacuteženiacute zapůsobila

ochrana spraacutevně dle nastaveneacuteho poklesu proudu na 085In

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 49: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 49

Obr 51 Přiacutepravek pro simulaci PTC ochrany

Z důvodu ochrany motoru neniacute vhodneacute vystavovat motor zvyacutešeneacute teplotě pro nastiacuteněniacute funkce

PTC ochrany Pro tento uacutečel posloužiacute zhotovenyacute box osazenyacute lineaacuterniacutem potenciometrem

s hodnotou odporu 25kΩ jemuž jsou předřazeny odpory 1kΩ a 330Ω

Obr 52 Scheacutema zapojeniacute PTC boxu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 50

LABORATORNIacute UacuteLOHA 6

61 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100

Uacutekolem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute řiacutediacuteciacute a kontrolniacute jednotkou pro

provoz trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru UMC100

Motorovyacute kontroleacuter nabiacuteziacute 3 releacuteoveacute vyacutestupy Tyto vyacutestupy jsou připojitelneacute na napětiacute 230V AC s

maximaacutelniacutem proudem 1A Releacuteoveacute vyacutestupy sloužiacute zejmeacutena pro připojeniacute budiacuteciacutech ciacutevek stykačů

Hlavniacute vstupy jsou tvořeny seacuteriiacute svorek jež je umiacutestěnaacute ve spodniacute čaacutesti kontroleacuteru Svorky nesou

označeniacute (DI0 DI1 hellip DI5) Tyto digitaacutelniacute vstupy pracujiacute s napětiacutem 24V DC a sloužiacute pro

připojeniacute ovlaacutedaciacutech tlačiacutetek jako start motoru stop motoru reverzaci rozběh hvězda-trojuacutehelniacutek

nebo např použitiacute vstupu pro koncovyacute spiacutenač pro připojeniacute pomocnyacutech kontaktů stykačů či

funkci aktuaacutetor kdy je ovlaacutedaacuten pohon ventilu Vše podle nastaveniacute uživatele a pracovniacuteho

procesu Vedle hlavniacutech vstupniacutech kontaktů se nachaacuteziacute takeacute jeden vyacutestupniacute s označeniacutem (DO3)

Tento digitaacutelniacute vyacutestup lze využiacutet k připojeniacute 24V DC signalizačniacute kontrolky pro chybovaacute hlaacutešeniacute

modulu UMC100 nabiacuteziacute integrovanyacute vstup pro připojeniacute PTC termistoru Diacuteky PTC jsme

schopni hliacutedat teplotu statoroveacuteho vinutiacute a předejiacutet tiacutem zaacutevažneacutemu poškozeniacute motoru

Hlavniacute obvod

Měřeniacute proudu faacutezovyacutemi vodiči je řešeno pomociacute 3 průvlečnyacutech ok integrovanyacutech v modulu

Tato průvlečnaacute oka jsou měřiacuteciacutemi transformaacutetory proudu navinutyacutemi na toroidniacutem jaacutedře Diacuteky

těmto transformaacutetorům je kontroleacuter schopnyacute měřit proud v rozsahu 024 až 63A Pro vyššiacute

hodnoty proudů až 850A se použiacutevaacute externiacute proudovyacute transformaacutetor

Možnost rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru

UMC se v průmyslovyacutech aplikaciacutech nejčastěji použiacutevaacute s využitiacutem napěťoveacuteho a rozšiřovaciacuteho

(vstupně-vyacutestupniacuteho) modulu Pro laboratorniacute uacutelohu je použit napěťovyacute modul VI150 a

rozšiřovaciacute modul DX122 jenž jsou připojeny k UMC pomociacute UMCIO-CAB přes svorky

s označeniacutem Ca a Cb

Napěťovyacute modul VI150

K demonstraci kontroleacuteru je použit modul s označeniacutem VI150 Zařiacutezeniacute disponuje konektory pro

připojeniacute faacutezovyacutech vodičů (L1 L2 a L3) a je schopneacute měřit hodnotu sdruženeacuteho napětiacute siacutetě

S naměřenyacutemi hodnotami faacutezoveacuteho proudu pomociacute UMC dostaacutevaacuteme takeacute hodnotu faacutezoveacuteho

posuvu mezi napětiacutem a proudem tedy uacutečiniacuteku cos φ Z těchto naměřenyacutech parametrů vypočiacutetaacute

řiacutediacuteciacute jednotka kontroleacuteru činnyacute přiacutekon Ovšem pro spraacutevnou detekci napětiacute je nutneacute dodržet

zapojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 51

Vstupně-vyacutestupniacute modul DX122

Modul umožňuje rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru o dalšiacutech 8 digitaacutelniacutech vstupů na napětiacute 110-230V AC 4

releacuteoveacute vyacutestupy a 1 analogovyacute vyacutestup Pomociacute programu ABB Asset Vision Basic je možneacute

přiacutemeacute přiřazeniacute parametrů a programovaacuteniacute UMC100 a takeacute všech zařiacutezeniacute kteraacute jsou vybavena

DTM (Device Type Manager)- naacutestroj pro konfiguraci a spraacutevu zařiacutezeniacute

Komunikačniacute modul MTQ22

O komunikaci mezi UMC a PC se staraacute modul MTQ22 V software vytvořeneacutem pomociacute

vyacutevojoveacuteho prostřediacute LabVIEW lze sledovat aktuaacutelniacute měřeneacute veličiny zobrazenaacute varovaacuteniacute

poruchovyacutech stavů informace o stavu vstupů a vyacutestupů apod

Napaacutejeciacute zdroj

Napaacutejeniacute modulů zajišťuje zdroj CP-D 2413A s regulaciacute vyacutestupniacuteho napětiacute Regulace je možnaacute

v rozpětiacute 24-28V DC Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute zdroje je umožněna z důvodu požadavku

přesneacuteho napětiacute 24V DC Vlivem zatiacuteženiacute (napaacutejeniacute UMC VI a DX) vyacutestupniacute napětiacute zdroje klesaacute

podle zatěžovaciacute charakteristiky přiacuteslušneacuteho zdroje CP-D sloužiacute takeacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacutech

vstupů UMC

Ochranneacute funkce

UMC nenabiacuteziacute pouze možnost měřeniacute faacutezoveacuteho proudu ale takeacute řadu ochran při poruchovyacutech

stavech provozu Nejčastěji v praxi využiacutevanaacute ochrana je ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute kteraacute

je doprovaacutezena varovnou signalizaciacute nastaacutevajiacuteciacute poruchy

Ochrana motoru při proudoveacutem podtiacuteženiacute pracuje na obdobneacutem principu jako předchoziacute ochrana

Kontroleacuter monitoruje hladinu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu Při jeho poklesu pod nastavenou

uacuteroveň maximaacutelniacuteho dovoleneacuteho poklesu (udaacutevaneacute relativně v k jmenoviteacutemu In) dochaacuteziacute k

signalizaci chyby a odpojeniacute motoru od siacutetě

PTC ochrana spočiacutevaacute v hliacutedaacuteniacute teploty statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru pomociacute PTC

termistoru V našem přiacutepadě je použito lineaacuterniacuteho potenciometru kdy se zvyšujiacuteciacutem se odporem

potenciometru simulujeme zvyšujiacuteciacute se teplotu statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru

Při ztraacutetě některeacute napaacutejeciacute faacuteze motoru dochaacuteziacute k okamžiteacutemu blokovaacuteniacute startu motoru

Ochrana sledu faacuteziacute zajistiacute spraacutevneacute zapojeniacute vodičů L1 L2 a L3 ktereacute je slučitelneacute s nastaveniacutem v

UMC

Vlivem přerušovaneacuteho provozu např S3 kdy nedochaacuteziacute v době klidu a odpojeniacute motoru k

poklesu teploty na teplotu okoliacute může vybavit Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute - Thermal

Overload Protection (TOL)

Zablokovaniacute rotoru byacutevaacute způsobeno přiacuteliš vysokyacutem zaacutetěžnyacutem momentem Mz na hřiacutedeli motoru

nebo mechanickou poruchou Kontroleacuter je při startu schopen detekovat tento stav

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 52

62 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute uacutelohy a scheacutema zapojeniacute panelu

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 53

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 54

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha

Štiacutetek použiteacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 64 Štiacutetek motoru

63 Popis scheacutematu zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

Na vstupniacute svorky s označeniacutem VSTUP (L1 L2 L3 N PE) jsou přivedeny přiacuteslušneacute vodiče

z pracovniacuteho stolu Hlavniacute 16A jistič s vypiacutenaciacute charakteristikou typu C sloužiacute pro jištěniacute siloveacute

čaacutesti obvodu Pro jištěniacute napaacutejeciacuteho zdroje CP-D sloužiacute tavnaacute pojistka 2T250V Napěťoveacute

vstupy na modul VI150 jsou jištěny tavnou pojistkou F125250V Posuvnyacute potenciometr

umiacutestěnyacute na faacutezoveacutem vodiči L1 sloužiacute k demonstraci ochrany při faacutezoveacute nesymetrii

Komunikačniacute modul MTQ22 zajišťuje komunikaci mezi UMC a PC kdy prostřednictviacutem

Ethernetoveacute siacutetě jsme schopni čiacutest měřeneacute veličiny

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 55

64 Pracovniacute postup

1 Seznamte se s kontroleacuterem UMC100 a ostatniacutemi komponenty použityacutemi pro laboratorniacute

uacutelohu a se scheacutematem zapojeniacute uacutelohy

2 Připojte elektromotor a vstupniacute svorky na přiacuteslušneacute zdiacuteřky Před připojeniacutem vyacutekonoveacuteho

potenciometru ověřte měřeniacutem jeho minimaacutelniacute a maximaacutelniacute hodnotu odporu a

poznamenejte si je

3 Připojte potenciometr na určeneacute zdiacuteřky označeneacute čiacutesly 1 a 2 a nastavte hodnotu odporu

4 Po kontrole zapojeniacute vyučujiacuteciacutem zapněte pracoviště a nastavte autotransformaacutetor na 100

vyacutestupniacuteho napětiacute Zapněte hlavniacute jistič Kontrola a nastaveniacute komunikace mezi UMC

DX a VI

Nastaveniacute Komunikace se provede přes LCD displej naacutesledujiacuteciacutem způsobem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on

5 Stiskem tlačiacutetka VPŘED nebo VZAD na panelu uvedeme motor do chodu Pro přechod

z jednoho směru do druheacuteho je nutneacute nejprve zastavit motor tlačiacutetkem STOP Při

zastaveniacute je kontroleacuterem motor blokovaacuten po dobu 3s před dalšiacutem spuštěniacutem z důvodu

doběhu motoru Pohybem tlačiacutetek nahoru dolů pomociacute LCD v hlavniacute nabiacutedce - UMC -

můžeme sledovat aktuaacutelniacute proud motoru sdruženeacute napětiacute odebiacuteranyacute přiacutekon ze siacutetě

uacutečiniacutekhellip

6 Při provaacuteděniacute uacutelohy na brzdě (dynamometru) ověřte funkci ochrany při zablokovaacuteniacute

rotoru funkci ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a proudoveacutem přetiacuteženiacute

7 Při vybaveniacute každeacute z ochran zaznamenejte hodnotu kdy vypnula Před novyacutem startem je

důležiteacute přečiacutest zaacuteznam důvodu poruchy a proveacutest reset na panelu UMC100-PAN jinak je

START blokovaacuten

65 Měřeniacute

OCHRANA PŘED PŘEHŘAacuteTIacuteM MOTORU

Potenciometrem označenyacutem PTC je zvyšovaacutena hodnotu odporu do okamžiku kdy dojde

k odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě zapůsobeniacutem PTC ochrany Hodnota odporu potenciometru

při vybaveniacute ochrany je určena měřeniacutem na 341kΩ Odpoviacutedajiacuteciacute hodnotu teploty motoru

odečteme z grafu a hodnoty odporu potenciometru při vypnutiacute

Do tabulky zapište změřenou hodnotu odporu potenciometru při vypnutiacute Při teacuteto hodnotě odporu

odečtěte teplotu motoru z grafu Ziacuteskanou teplotu porovnejte s vypočtenou teplotou motoru

Tabulka naměřenyacutech a vypočtenyacutech hodnot

R ϑg R0 ϑ

[Ω] [degC] [Ω] [degC]

3410 136 1320 13626

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 56

Vyacutepočet vychaacuteziacute ze vztahu pro zaacutevislost elektrickeacuteho odporu vodiče na teplotě

(651)

kde

(652)

Po uacutepravě pak

α - teplotniacute součinitel elektrickeacuteho odporu (K-1

) (α = 001162 K-1

)

R0 - odpor potenciometru v zaacutekladniacute poloze

R - odpor potenciometru při vybaveniacute ochrany

ϑg - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute odečtenaacute z grafu

ϑ - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute ndash vypočtenaacute

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

R [

Ω]

ϑ [degC]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 57

Vinutiacute motoru je izolovaacuteno izolaciacute třiacutedy F (155)

Třiacuteda izolace A E B F H

Okolniacute teplota [degC] 40 40 40 40 40

Povolenyacute naacuterůst teploty [degC] 60 75 80 105 125

Teplotniacute rezerva 5 5 10 10 15

Konečnaacute teplota 105 120 130 155 180

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru [12]

OCHRANA PŘED NESPRAacuteVNYacuteM SLEDEM FAacuteZIacute

Nedodrženiacutem sledu napaacutejeciacutech faacutezovyacutech vodičů (zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů svorek L2 a L3)

jak je nastaveno v UMC provaacutediacute napěťovyacute modul blokaci startu motoru V tomto přiacutepadě

vybavuje neprodleně ochrana sledu faacuteziacute ndashPhase sequence Funkci zaznamenejte do protokolu

OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII

Zvyšovaacuteniacutem odporu vyacutekonoveacuteho potenciometru zapojeneacuteho ve faacutezi L1 (viz scheacutema zapojeniacute

uacutelohy) dochaacuteziacute k simulaci faacutezoveacute nesymetrie siacutetě Motor je odpojen v okamžiku kdy poklesne

hodnota sdruženeacuteho napětiacute mezi faacutezemi L3 a L1 přibližně na hodnotu Us = 380V Velikost

odporu při vybaveniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii činiacute 101Ω Hodnotu nesymetrie zaznamenejte

do protokolu

OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE

Ztraacuteta faacuteze se realizuje pomociacute spiacutenače v pracovniacutem stole kdy odpojiacuteme napaacutejeciacute faacutezi Změřte

čas od odpojeniacute faacuteze L2 do vybaveniacute ochrany při ztraacutetě faacuteze a poznamenejte do protokolu

66 Demonstrace ochran při použitiacute dynamometru

OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU

K testu ochrany při zablokovaacuteniacute rotoru posloužiacute dynamometr jehož hřiacutedel je spojenaacute se hřiacutedeliacute

asynchronniacuteho motoru pomociacute spojky Hřiacutedel dynamometru je poteacute mechanicky zablokovaacutena

Stiskem přiacuteslušneacuteho tlačiacutetka je proveden start motoru a sledovaacuten proud při odpojeniacute motoru od

siacutetě a čas odpojeniacute Proud při vybaveniacute ochrany při mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru dosaacutehl

hodnoty 1978A což odpoviacutedaacute 582In

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute ndash (High current protection)

Pro simulaci proudoveacuteho přetiacuteženiacute maacuteme nastavenou hodnotu odebiacuteraneacuteho proudu na 130 pro

odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě Snižovaacuteniacutem jmenovityacutech otaacuteček motoru pomociacute dynamometru

(bržděniacutem tzn n rarr 0) dochaacuteziacute k naacuterůstu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu I Odpojeniacute nastalo při

odebiacuteraneacutem proudu 447A Nastaveneacute hodnotě (13In ) naacuteležiacute proud 442A Tiacutem lze konstatovat

že vyacutesledek měřeniacute je srovnatelnyacute s hodnotami uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute

Stav proudoveacuteho podtiacuteženiacute nedostatečneacuteho proudoveacuteho zatiacuteženiacute použiacutevanyacute zejmeacutena u čerpadel

je simulovaacuten pomociacute dynamometru kdy je nastavenaacute hodnota poklesu aktuaacutelniacuteho proudu na

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 58

085In a čas odpojeniacute od siacutetě na 10s Po roztočeniacute a zatiacuteženiacute motoru na hodnotu jmenoviteacuteho

proudu jsou pomociacute dynamometru zvyšovaacuteny otaacutečky motoru n Tento proces maacute za naacutesledek

snižovaacuteniacute aktuaacutelniacuteho proteacutekaneacuteho proudu I kdy motor ztraacuteciacute zatiacuteženiacute Nastaveneacute hodnotě

podtiacuteženiacute odpoviacutedaacute aktuaacutelniacute proud 289A Při dosaženiacute teacuteto uacuterovně je spuštěn odpočet a motor za

10s odpojen

67 Vyhodnoceniacute a zaacutevěr

Vyacutesledkem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute technologiiacute pro diagnostiku

veličin při chodu trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru Při demonstračniacute simulaci ochran byly

dosaženy naacutesledujiacuteciacute vyacutesledky PTC ochrana vybavuje při hodnotě odporu 341kΩ Tato hodnota

odpoviacutedaacute teplotě ϑg = 136degC odečteneacute z grafu Vypočtenaacute teplota ϑ = 13626degC Vyacuterobce uvaacutediacute

zapůsobeniacute ochrany při hodnotě odporu v rozsahu 34-38kΩ Zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů L2 a

L3 proběhla okamžitaacute blokace spuštěniacute motoru Faacutezovaacute nesymetrie vybavila při poklesu napětiacute o

5 Ztraacutetou napaacutejeciacute faacuteze proběhlo odpojeniacute motoru v čase t = 15s Čas odpojeniacute odpoviacutedaacute třiacutedě

přetiacuteženiacute 5E kteraacute je nastavena

Při testu za použitiacute dynamometru bylo zjištěno že při zablokovaneacutem rotoru motoru zapůsobil

kontroleacuter při nastaveneacutem přetiacuteženiacute 3In Teacuteto hodnotě naacuteležiacute proud 102A Jelikož je nastavena

třiacuteda přetiacuteženiacute 5E ktereacute naacuteležiacute interval 15s a poteacute odpojeniacute motoru tak během tohoto okamžiku

vzrostla hodnota proudu na 1978A což odpoviacutedaacute 582In Při proudoveacutem přetiacuteženiacute odpoviacutedaly

vyacutesledky měřeniacute nastaveneacute hodnotě přetiacuteženiacute 13In Ve stavu proudoveacuteho podtiacuteženiacute zapůsobila

ochrana spraacutevně dle nastaveneacuteho poklesu proudu na 085In

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 50: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 50

LABORATORNIacute UacuteLOHA 6

61 Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100

Uacutekolem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute řiacutediacuteciacute a kontrolniacute jednotkou pro

provoz trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru UMC100

Motorovyacute kontroleacuter nabiacuteziacute 3 releacuteoveacute vyacutestupy Tyto vyacutestupy jsou připojitelneacute na napětiacute 230V AC s

maximaacutelniacutem proudem 1A Releacuteoveacute vyacutestupy sloužiacute zejmeacutena pro připojeniacute budiacuteciacutech ciacutevek stykačů

Hlavniacute vstupy jsou tvořeny seacuteriiacute svorek jež je umiacutestěnaacute ve spodniacute čaacutesti kontroleacuteru Svorky nesou

označeniacute (DI0 DI1 hellip DI5) Tyto digitaacutelniacute vstupy pracujiacute s napětiacutem 24V DC a sloužiacute pro

připojeniacute ovlaacutedaciacutech tlačiacutetek jako start motoru stop motoru reverzaci rozběh hvězda-trojuacutehelniacutek

nebo např použitiacute vstupu pro koncovyacute spiacutenač pro připojeniacute pomocnyacutech kontaktů stykačů či

funkci aktuaacutetor kdy je ovlaacutedaacuten pohon ventilu Vše podle nastaveniacute uživatele a pracovniacuteho

procesu Vedle hlavniacutech vstupniacutech kontaktů se nachaacuteziacute takeacute jeden vyacutestupniacute s označeniacutem (DO3)

Tento digitaacutelniacute vyacutestup lze využiacutet k připojeniacute 24V DC signalizačniacute kontrolky pro chybovaacute hlaacutešeniacute

modulu UMC100 nabiacuteziacute integrovanyacute vstup pro připojeniacute PTC termistoru Diacuteky PTC jsme

schopni hliacutedat teplotu statoroveacuteho vinutiacute a předejiacutet tiacutem zaacutevažneacutemu poškozeniacute motoru

Hlavniacute obvod

Měřeniacute proudu faacutezovyacutemi vodiči je řešeno pomociacute 3 průvlečnyacutech ok integrovanyacutech v modulu

Tato průvlečnaacute oka jsou měřiacuteciacutemi transformaacutetory proudu navinutyacutemi na toroidniacutem jaacutedře Diacuteky

těmto transformaacutetorům je kontroleacuter schopnyacute měřit proud v rozsahu 024 až 63A Pro vyššiacute

hodnoty proudů až 850A se použiacutevaacute externiacute proudovyacute transformaacutetor

Možnost rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru

UMC se v průmyslovyacutech aplikaciacutech nejčastěji použiacutevaacute s využitiacutem napěťoveacuteho a rozšiřovaciacuteho

(vstupně-vyacutestupniacuteho) modulu Pro laboratorniacute uacutelohu je použit napěťovyacute modul VI150 a

rozšiřovaciacute modul DX122 jenž jsou připojeny k UMC pomociacute UMCIO-CAB přes svorky

s označeniacutem Ca a Cb

Napěťovyacute modul VI150

K demonstraci kontroleacuteru je použit modul s označeniacutem VI150 Zařiacutezeniacute disponuje konektory pro

připojeniacute faacutezovyacutech vodičů (L1 L2 a L3) a je schopneacute měřit hodnotu sdruženeacuteho napětiacute siacutetě

S naměřenyacutemi hodnotami faacutezoveacuteho proudu pomociacute UMC dostaacutevaacuteme takeacute hodnotu faacutezoveacuteho

posuvu mezi napětiacutem a proudem tedy uacutečiniacuteku cos φ Z těchto naměřenyacutech parametrů vypočiacutetaacute

řiacutediacuteciacute jednotka kontroleacuteru činnyacute přiacutekon Ovšem pro spraacutevnou detekci napětiacute je nutneacute dodržet

zapojeniacute

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 51

Vstupně-vyacutestupniacute modul DX122

Modul umožňuje rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru o dalšiacutech 8 digitaacutelniacutech vstupů na napětiacute 110-230V AC 4

releacuteoveacute vyacutestupy a 1 analogovyacute vyacutestup Pomociacute programu ABB Asset Vision Basic je možneacute

přiacutemeacute přiřazeniacute parametrů a programovaacuteniacute UMC100 a takeacute všech zařiacutezeniacute kteraacute jsou vybavena

DTM (Device Type Manager)- naacutestroj pro konfiguraci a spraacutevu zařiacutezeniacute

Komunikačniacute modul MTQ22

O komunikaci mezi UMC a PC se staraacute modul MTQ22 V software vytvořeneacutem pomociacute

vyacutevojoveacuteho prostřediacute LabVIEW lze sledovat aktuaacutelniacute měřeneacute veličiny zobrazenaacute varovaacuteniacute

poruchovyacutech stavů informace o stavu vstupů a vyacutestupů apod

Napaacutejeciacute zdroj

Napaacutejeniacute modulů zajišťuje zdroj CP-D 2413A s regulaciacute vyacutestupniacuteho napětiacute Regulace je možnaacute

v rozpětiacute 24-28V DC Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute zdroje je umožněna z důvodu požadavku

přesneacuteho napětiacute 24V DC Vlivem zatiacuteženiacute (napaacutejeniacute UMC VI a DX) vyacutestupniacute napětiacute zdroje klesaacute

podle zatěžovaciacute charakteristiky přiacuteslušneacuteho zdroje CP-D sloužiacute takeacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacutech

vstupů UMC

Ochranneacute funkce

UMC nenabiacuteziacute pouze možnost měřeniacute faacutezoveacuteho proudu ale takeacute řadu ochran při poruchovyacutech

stavech provozu Nejčastěji v praxi využiacutevanaacute ochrana je ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute kteraacute

je doprovaacutezena varovnou signalizaciacute nastaacutevajiacuteciacute poruchy

Ochrana motoru při proudoveacutem podtiacuteženiacute pracuje na obdobneacutem principu jako předchoziacute ochrana

Kontroleacuter monitoruje hladinu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu Při jeho poklesu pod nastavenou

uacuteroveň maximaacutelniacuteho dovoleneacuteho poklesu (udaacutevaneacute relativně v k jmenoviteacutemu In) dochaacuteziacute k

signalizaci chyby a odpojeniacute motoru od siacutetě

PTC ochrana spočiacutevaacute v hliacutedaacuteniacute teploty statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru pomociacute PTC

termistoru V našem přiacutepadě je použito lineaacuterniacuteho potenciometru kdy se zvyšujiacuteciacutem se odporem

potenciometru simulujeme zvyšujiacuteciacute se teplotu statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru

Při ztraacutetě některeacute napaacutejeciacute faacuteze motoru dochaacuteziacute k okamžiteacutemu blokovaacuteniacute startu motoru

Ochrana sledu faacuteziacute zajistiacute spraacutevneacute zapojeniacute vodičů L1 L2 a L3 ktereacute je slučitelneacute s nastaveniacutem v

UMC

Vlivem přerušovaneacuteho provozu např S3 kdy nedochaacuteziacute v době klidu a odpojeniacute motoru k

poklesu teploty na teplotu okoliacute může vybavit Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute - Thermal

Overload Protection (TOL)

Zablokovaniacute rotoru byacutevaacute způsobeno přiacuteliš vysokyacutem zaacutetěžnyacutem momentem Mz na hřiacutedeli motoru

nebo mechanickou poruchou Kontroleacuter je při startu schopen detekovat tento stav

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 52

62 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute uacutelohy a scheacutema zapojeniacute panelu

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 53

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 54

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha

Štiacutetek použiteacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 64 Štiacutetek motoru

63 Popis scheacutematu zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

Na vstupniacute svorky s označeniacutem VSTUP (L1 L2 L3 N PE) jsou přivedeny přiacuteslušneacute vodiče

z pracovniacuteho stolu Hlavniacute 16A jistič s vypiacutenaciacute charakteristikou typu C sloužiacute pro jištěniacute siloveacute

čaacutesti obvodu Pro jištěniacute napaacutejeciacuteho zdroje CP-D sloužiacute tavnaacute pojistka 2T250V Napěťoveacute

vstupy na modul VI150 jsou jištěny tavnou pojistkou F125250V Posuvnyacute potenciometr

umiacutestěnyacute na faacutezoveacutem vodiči L1 sloužiacute k demonstraci ochrany při faacutezoveacute nesymetrii

Komunikačniacute modul MTQ22 zajišťuje komunikaci mezi UMC a PC kdy prostřednictviacutem

Ethernetoveacute siacutetě jsme schopni čiacutest měřeneacute veličiny

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 55

64 Pracovniacute postup

1 Seznamte se s kontroleacuterem UMC100 a ostatniacutemi komponenty použityacutemi pro laboratorniacute

uacutelohu a se scheacutematem zapojeniacute uacutelohy

2 Připojte elektromotor a vstupniacute svorky na přiacuteslušneacute zdiacuteřky Před připojeniacutem vyacutekonoveacuteho

potenciometru ověřte měřeniacutem jeho minimaacutelniacute a maximaacutelniacute hodnotu odporu a

poznamenejte si je

3 Připojte potenciometr na určeneacute zdiacuteřky označeneacute čiacutesly 1 a 2 a nastavte hodnotu odporu

4 Po kontrole zapojeniacute vyučujiacuteciacutem zapněte pracoviště a nastavte autotransformaacutetor na 100

vyacutestupniacuteho napětiacute Zapněte hlavniacute jistič Kontrola a nastaveniacute komunikace mezi UMC

DX a VI

Nastaveniacute Komunikace se provede přes LCD displej naacutesledujiacuteciacutem způsobem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on

5 Stiskem tlačiacutetka VPŘED nebo VZAD na panelu uvedeme motor do chodu Pro přechod

z jednoho směru do druheacuteho je nutneacute nejprve zastavit motor tlačiacutetkem STOP Při

zastaveniacute je kontroleacuterem motor blokovaacuten po dobu 3s před dalšiacutem spuštěniacutem z důvodu

doběhu motoru Pohybem tlačiacutetek nahoru dolů pomociacute LCD v hlavniacute nabiacutedce - UMC -

můžeme sledovat aktuaacutelniacute proud motoru sdruženeacute napětiacute odebiacuteranyacute přiacutekon ze siacutetě

uacutečiniacutekhellip

6 Při provaacuteděniacute uacutelohy na brzdě (dynamometru) ověřte funkci ochrany při zablokovaacuteniacute

rotoru funkci ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a proudoveacutem přetiacuteženiacute

7 Při vybaveniacute každeacute z ochran zaznamenejte hodnotu kdy vypnula Před novyacutem startem je

důležiteacute přečiacutest zaacuteznam důvodu poruchy a proveacutest reset na panelu UMC100-PAN jinak je

START blokovaacuten

65 Měřeniacute

OCHRANA PŘED PŘEHŘAacuteTIacuteM MOTORU

Potenciometrem označenyacutem PTC je zvyšovaacutena hodnotu odporu do okamžiku kdy dojde

k odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě zapůsobeniacutem PTC ochrany Hodnota odporu potenciometru

při vybaveniacute ochrany je určena měřeniacutem na 341kΩ Odpoviacutedajiacuteciacute hodnotu teploty motoru

odečteme z grafu a hodnoty odporu potenciometru při vypnutiacute

Do tabulky zapište změřenou hodnotu odporu potenciometru při vypnutiacute Při teacuteto hodnotě odporu

odečtěte teplotu motoru z grafu Ziacuteskanou teplotu porovnejte s vypočtenou teplotou motoru

Tabulka naměřenyacutech a vypočtenyacutech hodnot

R ϑg R0 ϑ

[Ω] [degC] [Ω] [degC]

3410 136 1320 13626

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 56

Vyacutepočet vychaacuteziacute ze vztahu pro zaacutevislost elektrickeacuteho odporu vodiče na teplotě

(651)

kde

(652)

Po uacutepravě pak

α - teplotniacute součinitel elektrickeacuteho odporu (K-1

) (α = 001162 K-1

)

R0 - odpor potenciometru v zaacutekladniacute poloze

R - odpor potenciometru při vybaveniacute ochrany

ϑg - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute odečtenaacute z grafu

ϑ - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute ndash vypočtenaacute

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

R [

Ω]

ϑ [degC]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 57

Vinutiacute motoru je izolovaacuteno izolaciacute třiacutedy F (155)

Třiacuteda izolace A E B F H

Okolniacute teplota [degC] 40 40 40 40 40

Povolenyacute naacuterůst teploty [degC] 60 75 80 105 125

Teplotniacute rezerva 5 5 10 10 15

Konečnaacute teplota 105 120 130 155 180

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru [12]

OCHRANA PŘED NESPRAacuteVNYacuteM SLEDEM FAacuteZIacute

Nedodrženiacutem sledu napaacutejeciacutech faacutezovyacutech vodičů (zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů svorek L2 a L3)

jak je nastaveno v UMC provaacutediacute napěťovyacute modul blokaci startu motoru V tomto přiacutepadě

vybavuje neprodleně ochrana sledu faacuteziacute ndashPhase sequence Funkci zaznamenejte do protokolu

OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII

Zvyšovaacuteniacutem odporu vyacutekonoveacuteho potenciometru zapojeneacuteho ve faacutezi L1 (viz scheacutema zapojeniacute

uacutelohy) dochaacuteziacute k simulaci faacutezoveacute nesymetrie siacutetě Motor je odpojen v okamžiku kdy poklesne

hodnota sdruženeacuteho napětiacute mezi faacutezemi L3 a L1 přibližně na hodnotu Us = 380V Velikost

odporu při vybaveniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii činiacute 101Ω Hodnotu nesymetrie zaznamenejte

do protokolu

OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE

Ztraacuteta faacuteze se realizuje pomociacute spiacutenače v pracovniacutem stole kdy odpojiacuteme napaacutejeciacute faacutezi Změřte

čas od odpojeniacute faacuteze L2 do vybaveniacute ochrany při ztraacutetě faacuteze a poznamenejte do protokolu

66 Demonstrace ochran při použitiacute dynamometru

OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU

K testu ochrany při zablokovaacuteniacute rotoru posloužiacute dynamometr jehož hřiacutedel je spojenaacute se hřiacutedeliacute

asynchronniacuteho motoru pomociacute spojky Hřiacutedel dynamometru je poteacute mechanicky zablokovaacutena

Stiskem přiacuteslušneacuteho tlačiacutetka je proveden start motoru a sledovaacuten proud při odpojeniacute motoru od

siacutetě a čas odpojeniacute Proud při vybaveniacute ochrany při mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru dosaacutehl

hodnoty 1978A což odpoviacutedaacute 582In

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute ndash (High current protection)

Pro simulaci proudoveacuteho přetiacuteženiacute maacuteme nastavenou hodnotu odebiacuteraneacuteho proudu na 130 pro

odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě Snižovaacuteniacutem jmenovityacutech otaacuteček motoru pomociacute dynamometru

(bržděniacutem tzn n rarr 0) dochaacuteziacute k naacuterůstu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu I Odpojeniacute nastalo při

odebiacuteraneacutem proudu 447A Nastaveneacute hodnotě (13In ) naacuteležiacute proud 442A Tiacutem lze konstatovat

že vyacutesledek měřeniacute je srovnatelnyacute s hodnotami uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute

Stav proudoveacuteho podtiacuteženiacute nedostatečneacuteho proudoveacuteho zatiacuteženiacute použiacutevanyacute zejmeacutena u čerpadel

je simulovaacuten pomociacute dynamometru kdy je nastavenaacute hodnota poklesu aktuaacutelniacuteho proudu na

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 58

085In a čas odpojeniacute od siacutetě na 10s Po roztočeniacute a zatiacuteženiacute motoru na hodnotu jmenoviteacuteho

proudu jsou pomociacute dynamometru zvyšovaacuteny otaacutečky motoru n Tento proces maacute za naacutesledek

snižovaacuteniacute aktuaacutelniacuteho proteacutekaneacuteho proudu I kdy motor ztraacuteciacute zatiacuteženiacute Nastaveneacute hodnotě

podtiacuteženiacute odpoviacutedaacute aktuaacutelniacute proud 289A Při dosaženiacute teacuteto uacuterovně je spuštěn odpočet a motor za

10s odpojen

67 Vyhodnoceniacute a zaacutevěr

Vyacutesledkem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute technologiiacute pro diagnostiku

veličin při chodu trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru Při demonstračniacute simulaci ochran byly

dosaženy naacutesledujiacuteciacute vyacutesledky PTC ochrana vybavuje při hodnotě odporu 341kΩ Tato hodnota

odpoviacutedaacute teplotě ϑg = 136degC odečteneacute z grafu Vypočtenaacute teplota ϑ = 13626degC Vyacuterobce uvaacutediacute

zapůsobeniacute ochrany při hodnotě odporu v rozsahu 34-38kΩ Zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů L2 a

L3 proběhla okamžitaacute blokace spuštěniacute motoru Faacutezovaacute nesymetrie vybavila při poklesu napětiacute o

5 Ztraacutetou napaacutejeciacute faacuteze proběhlo odpojeniacute motoru v čase t = 15s Čas odpojeniacute odpoviacutedaacute třiacutedě

přetiacuteženiacute 5E kteraacute je nastavena

Při testu za použitiacute dynamometru bylo zjištěno že při zablokovaneacutem rotoru motoru zapůsobil

kontroleacuter při nastaveneacutem přetiacuteženiacute 3In Teacuteto hodnotě naacuteležiacute proud 102A Jelikož je nastavena

třiacuteda přetiacuteženiacute 5E ktereacute naacuteležiacute interval 15s a poteacute odpojeniacute motoru tak během tohoto okamžiku

vzrostla hodnota proudu na 1978A což odpoviacutedaacute 582In Při proudoveacutem přetiacuteženiacute odpoviacutedaly

vyacutesledky měřeniacute nastaveneacute hodnotě přetiacuteženiacute 13In Ve stavu proudoveacuteho podtiacuteženiacute zapůsobila

ochrana spraacutevně dle nastaveneacuteho poklesu proudu na 085In

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 51: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 51

Vstupně-vyacutestupniacute modul DX122

Modul umožňuje rozšiacuteřeniacute kontroleacuteru o dalšiacutech 8 digitaacutelniacutech vstupů na napětiacute 110-230V AC 4

releacuteoveacute vyacutestupy a 1 analogovyacute vyacutestup Pomociacute programu ABB Asset Vision Basic je možneacute

přiacutemeacute přiřazeniacute parametrů a programovaacuteniacute UMC100 a takeacute všech zařiacutezeniacute kteraacute jsou vybavena

DTM (Device Type Manager)- naacutestroj pro konfiguraci a spraacutevu zařiacutezeniacute

Komunikačniacute modul MTQ22

O komunikaci mezi UMC a PC se staraacute modul MTQ22 V software vytvořeneacutem pomociacute

vyacutevojoveacuteho prostřediacute LabVIEW lze sledovat aktuaacutelniacute měřeneacute veličiny zobrazenaacute varovaacuteniacute

poruchovyacutech stavů informace o stavu vstupů a vyacutestupů apod

Napaacutejeciacute zdroj

Napaacutejeniacute modulů zajišťuje zdroj CP-D 2413A s regulaciacute vyacutestupniacuteho napětiacute Regulace je možnaacute

v rozpětiacute 24-28V DC Regulace vyacutestupniacuteho napětiacute zdroje je umožněna z důvodu požadavku

přesneacuteho napětiacute 24V DC Vlivem zatiacuteženiacute (napaacutejeniacute UMC VI a DX) vyacutestupniacute napětiacute zdroje klesaacute

podle zatěžovaciacute charakteristiky přiacuteslušneacuteho zdroje CP-D sloužiacute takeacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacutech

vstupů UMC

Ochranneacute funkce

UMC nenabiacuteziacute pouze možnost měřeniacute faacutezoveacuteho proudu ale takeacute řadu ochran při poruchovyacutech

stavech provozu Nejčastěji v praxi využiacutevanaacute ochrana je ochrana při proudoveacutem přetiacuteženiacute kteraacute

je doprovaacutezena varovnou signalizaciacute nastaacutevajiacuteciacute poruchy

Ochrana motoru při proudoveacutem podtiacuteženiacute pracuje na obdobneacutem principu jako předchoziacute ochrana

Kontroleacuter monitoruje hladinu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu Při jeho poklesu pod nastavenou

uacuteroveň maximaacutelniacuteho dovoleneacuteho poklesu (udaacutevaneacute relativně v k jmenoviteacutemu In) dochaacuteziacute k

signalizaci chyby a odpojeniacute motoru od siacutetě

PTC ochrana spočiacutevaacute v hliacutedaacuteniacute teploty statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru pomociacute PTC

termistoru V našem přiacutepadě je použito lineaacuterniacuteho potenciometru kdy se zvyšujiacuteciacutem se odporem

potenciometru simulujeme zvyšujiacuteciacute se teplotu statoroveacuteho vinutiacute asynchronniacuteho motoru

Při ztraacutetě některeacute napaacutejeciacute faacuteze motoru dochaacuteziacute k okamžiteacutemu blokovaacuteniacute startu motoru

Ochrana sledu faacuteziacute zajistiacute spraacutevneacute zapojeniacute vodičů L1 L2 a L3 ktereacute je slučitelneacute s nastaveniacutem v

UMC

Vlivem přerušovaneacuteho provozu např S3 kdy nedochaacuteziacute v době klidu a odpojeniacute motoru k

poklesu teploty na teplotu okoliacute může vybavit Ochrana při tepelneacutem přetiacuteženiacute - Thermal

Overload Protection (TOL)

Zablokovaniacute rotoru byacutevaacute způsobeno přiacuteliš vysokyacutem zaacutetěžnyacutem momentem Mz na hřiacutedeli motoru

nebo mechanickou poruchou Kontroleacuter je při startu schopen detekovat tento stav

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 52

62 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute uacutelohy a scheacutema zapojeniacute panelu

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 53

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 54

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha

Štiacutetek použiteacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 64 Štiacutetek motoru

63 Popis scheacutematu zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

Na vstupniacute svorky s označeniacutem VSTUP (L1 L2 L3 N PE) jsou přivedeny přiacuteslušneacute vodiče

z pracovniacuteho stolu Hlavniacute 16A jistič s vypiacutenaciacute charakteristikou typu C sloužiacute pro jištěniacute siloveacute

čaacutesti obvodu Pro jištěniacute napaacutejeciacuteho zdroje CP-D sloužiacute tavnaacute pojistka 2T250V Napěťoveacute

vstupy na modul VI150 jsou jištěny tavnou pojistkou F125250V Posuvnyacute potenciometr

umiacutestěnyacute na faacutezoveacutem vodiči L1 sloužiacute k demonstraci ochrany při faacutezoveacute nesymetrii

Komunikačniacute modul MTQ22 zajišťuje komunikaci mezi UMC a PC kdy prostřednictviacutem

Ethernetoveacute siacutetě jsme schopni čiacutest měřeneacute veličiny

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 55

64 Pracovniacute postup

1 Seznamte se s kontroleacuterem UMC100 a ostatniacutemi komponenty použityacutemi pro laboratorniacute

uacutelohu a se scheacutematem zapojeniacute uacutelohy

2 Připojte elektromotor a vstupniacute svorky na přiacuteslušneacute zdiacuteřky Před připojeniacutem vyacutekonoveacuteho

potenciometru ověřte měřeniacutem jeho minimaacutelniacute a maximaacutelniacute hodnotu odporu a

poznamenejte si je

3 Připojte potenciometr na určeneacute zdiacuteřky označeneacute čiacutesly 1 a 2 a nastavte hodnotu odporu

4 Po kontrole zapojeniacute vyučujiacuteciacutem zapněte pracoviště a nastavte autotransformaacutetor na 100

vyacutestupniacuteho napětiacute Zapněte hlavniacute jistič Kontrola a nastaveniacute komunikace mezi UMC

DX a VI

Nastaveniacute Komunikace se provede přes LCD displej naacutesledujiacuteciacutem způsobem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on

5 Stiskem tlačiacutetka VPŘED nebo VZAD na panelu uvedeme motor do chodu Pro přechod

z jednoho směru do druheacuteho je nutneacute nejprve zastavit motor tlačiacutetkem STOP Při

zastaveniacute je kontroleacuterem motor blokovaacuten po dobu 3s před dalšiacutem spuštěniacutem z důvodu

doběhu motoru Pohybem tlačiacutetek nahoru dolů pomociacute LCD v hlavniacute nabiacutedce - UMC -

můžeme sledovat aktuaacutelniacute proud motoru sdruženeacute napětiacute odebiacuteranyacute přiacutekon ze siacutetě

uacutečiniacutekhellip

6 Při provaacuteděniacute uacutelohy na brzdě (dynamometru) ověřte funkci ochrany při zablokovaacuteniacute

rotoru funkci ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a proudoveacutem přetiacuteženiacute

7 Při vybaveniacute každeacute z ochran zaznamenejte hodnotu kdy vypnula Před novyacutem startem je

důležiteacute přečiacutest zaacuteznam důvodu poruchy a proveacutest reset na panelu UMC100-PAN jinak je

START blokovaacuten

65 Měřeniacute

OCHRANA PŘED PŘEHŘAacuteTIacuteM MOTORU

Potenciometrem označenyacutem PTC je zvyšovaacutena hodnotu odporu do okamžiku kdy dojde

k odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě zapůsobeniacutem PTC ochrany Hodnota odporu potenciometru

při vybaveniacute ochrany je určena měřeniacutem na 341kΩ Odpoviacutedajiacuteciacute hodnotu teploty motoru

odečteme z grafu a hodnoty odporu potenciometru při vypnutiacute

Do tabulky zapište změřenou hodnotu odporu potenciometru při vypnutiacute Při teacuteto hodnotě odporu

odečtěte teplotu motoru z grafu Ziacuteskanou teplotu porovnejte s vypočtenou teplotou motoru

Tabulka naměřenyacutech a vypočtenyacutech hodnot

R ϑg R0 ϑ

[Ω] [degC] [Ω] [degC]

3410 136 1320 13626

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 56

Vyacutepočet vychaacuteziacute ze vztahu pro zaacutevislost elektrickeacuteho odporu vodiče na teplotě

(651)

kde

(652)

Po uacutepravě pak

α - teplotniacute součinitel elektrickeacuteho odporu (K-1

) (α = 001162 K-1

)

R0 - odpor potenciometru v zaacutekladniacute poloze

R - odpor potenciometru při vybaveniacute ochrany

ϑg - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute odečtenaacute z grafu

ϑ - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute ndash vypočtenaacute

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

R [

Ω]

ϑ [degC]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 57

Vinutiacute motoru je izolovaacuteno izolaciacute třiacutedy F (155)

Třiacuteda izolace A E B F H

Okolniacute teplota [degC] 40 40 40 40 40

Povolenyacute naacuterůst teploty [degC] 60 75 80 105 125

Teplotniacute rezerva 5 5 10 10 15

Konečnaacute teplota 105 120 130 155 180

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru [12]

OCHRANA PŘED NESPRAacuteVNYacuteM SLEDEM FAacuteZIacute

Nedodrženiacutem sledu napaacutejeciacutech faacutezovyacutech vodičů (zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů svorek L2 a L3)

jak je nastaveno v UMC provaacutediacute napěťovyacute modul blokaci startu motoru V tomto přiacutepadě

vybavuje neprodleně ochrana sledu faacuteziacute ndashPhase sequence Funkci zaznamenejte do protokolu

OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII

Zvyšovaacuteniacutem odporu vyacutekonoveacuteho potenciometru zapojeneacuteho ve faacutezi L1 (viz scheacutema zapojeniacute

uacutelohy) dochaacuteziacute k simulaci faacutezoveacute nesymetrie siacutetě Motor je odpojen v okamžiku kdy poklesne

hodnota sdruženeacuteho napětiacute mezi faacutezemi L3 a L1 přibližně na hodnotu Us = 380V Velikost

odporu při vybaveniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii činiacute 101Ω Hodnotu nesymetrie zaznamenejte

do protokolu

OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE

Ztraacuteta faacuteze se realizuje pomociacute spiacutenače v pracovniacutem stole kdy odpojiacuteme napaacutejeciacute faacutezi Změřte

čas od odpojeniacute faacuteze L2 do vybaveniacute ochrany při ztraacutetě faacuteze a poznamenejte do protokolu

66 Demonstrace ochran při použitiacute dynamometru

OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU

K testu ochrany při zablokovaacuteniacute rotoru posloužiacute dynamometr jehož hřiacutedel je spojenaacute se hřiacutedeliacute

asynchronniacuteho motoru pomociacute spojky Hřiacutedel dynamometru je poteacute mechanicky zablokovaacutena

Stiskem přiacuteslušneacuteho tlačiacutetka je proveden start motoru a sledovaacuten proud při odpojeniacute motoru od

siacutetě a čas odpojeniacute Proud při vybaveniacute ochrany při mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru dosaacutehl

hodnoty 1978A což odpoviacutedaacute 582In

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute ndash (High current protection)

Pro simulaci proudoveacuteho přetiacuteženiacute maacuteme nastavenou hodnotu odebiacuteraneacuteho proudu na 130 pro

odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě Snižovaacuteniacutem jmenovityacutech otaacuteček motoru pomociacute dynamometru

(bržděniacutem tzn n rarr 0) dochaacuteziacute k naacuterůstu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu I Odpojeniacute nastalo při

odebiacuteraneacutem proudu 447A Nastaveneacute hodnotě (13In ) naacuteležiacute proud 442A Tiacutem lze konstatovat

že vyacutesledek měřeniacute je srovnatelnyacute s hodnotami uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute

Stav proudoveacuteho podtiacuteženiacute nedostatečneacuteho proudoveacuteho zatiacuteženiacute použiacutevanyacute zejmeacutena u čerpadel

je simulovaacuten pomociacute dynamometru kdy je nastavenaacute hodnota poklesu aktuaacutelniacuteho proudu na

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 58

085In a čas odpojeniacute od siacutetě na 10s Po roztočeniacute a zatiacuteženiacute motoru na hodnotu jmenoviteacuteho

proudu jsou pomociacute dynamometru zvyšovaacuteny otaacutečky motoru n Tento proces maacute za naacutesledek

snižovaacuteniacute aktuaacutelniacuteho proteacutekaneacuteho proudu I kdy motor ztraacuteciacute zatiacuteženiacute Nastaveneacute hodnotě

podtiacuteženiacute odpoviacutedaacute aktuaacutelniacute proud 289A Při dosaženiacute teacuteto uacuterovně je spuštěn odpočet a motor za

10s odpojen

67 Vyhodnoceniacute a zaacutevěr

Vyacutesledkem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute technologiiacute pro diagnostiku

veličin při chodu trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru Při demonstračniacute simulaci ochran byly

dosaženy naacutesledujiacuteciacute vyacutesledky PTC ochrana vybavuje při hodnotě odporu 341kΩ Tato hodnota

odpoviacutedaacute teplotě ϑg = 136degC odečteneacute z grafu Vypočtenaacute teplota ϑ = 13626degC Vyacuterobce uvaacutediacute

zapůsobeniacute ochrany při hodnotě odporu v rozsahu 34-38kΩ Zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů L2 a

L3 proběhla okamžitaacute blokace spuštěniacute motoru Faacutezovaacute nesymetrie vybavila při poklesu napětiacute o

5 Ztraacutetou napaacutejeciacute faacuteze proběhlo odpojeniacute motoru v čase t = 15s Čas odpojeniacute odpoviacutedaacute třiacutedě

přetiacuteženiacute 5E kteraacute je nastavena

Při testu za použitiacute dynamometru bylo zjištěno že při zablokovaneacutem rotoru motoru zapůsobil

kontroleacuter při nastaveneacutem přetiacuteženiacute 3In Teacuteto hodnotě naacuteležiacute proud 102A Jelikož je nastavena

třiacuteda přetiacuteženiacute 5E ktereacute naacuteležiacute interval 15s a poteacute odpojeniacute motoru tak během tohoto okamžiku

vzrostla hodnota proudu na 1978A což odpoviacutedaacute 582In Při proudoveacutem přetiacuteženiacute odpoviacutedaly

vyacutesledky měřeniacute nastaveneacute hodnotě přetiacuteženiacute 13In Ve stavu proudoveacuteho podtiacuteženiacute zapůsobila

ochrana spraacutevně dle nastaveneacuteho poklesu proudu na 085In

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 52: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 52

62 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute uacutelohy a scheacutema zapojeniacute panelu

Obr 61 Blokoveacute scheacutema zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 53

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 54

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha

Štiacutetek použiteacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 64 Štiacutetek motoru

63 Popis scheacutematu zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

Na vstupniacute svorky s označeniacutem VSTUP (L1 L2 L3 N PE) jsou přivedeny přiacuteslušneacute vodiče

z pracovniacuteho stolu Hlavniacute 16A jistič s vypiacutenaciacute charakteristikou typu C sloužiacute pro jištěniacute siloveacute

čaacutesti obvodu Pro jištěniacute napaacutejeciacuteho zdroje CP-D sloužiacute tavnaacute pojistka 2T250V Napěťoveacute

vstupy na modul VI150 jsou jištěny tavnou pojistkou F125250V Posuvnyacute potenciometr

umiacutestěnyacute na faacutezoveacutem vodiči L1 sloužiacute k demonstraci ochrany při faacutezoveacute nesymetrii

Komunikačniacute modul MTQ22 zajišťuje komunikaci mezi UMC a PC kdy prostřednictviacutem

Ethernetoveacute siacutetě jsme schopni čiacutest měřeneacute veličiny

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 55

64 Pracovniacute postup

1 Seznamte se s kontroleacuterem UMC100 a ostatniacutemi komponenty použityacutemi pro laboratorniacute

uacutelohu a se scheacutematem zapojeniacute uacutelohy

2 Připojte elektromotor a vstupniacute svorky na přiacuteslušneacute zdiacuteřky Před připojeniacutem vyacutekonoveacuteho

potenciometru ověřte měřeniacutem jeho minimaacutelniacute a maximaacutelniacute hodnotu odporu a

poznamenejte si je

3 Připojte potenciometr na určeneacute zdiacuteřky označeneacute čiacutesly 1 a 2 a nastavte hodnotu odporu

4 Po kontrole zapojeniacute vyučujiacuteciacutem zapněte pracoviště a nastavte autotransformaacutetor na 100

vyacutestupniacuteho napětiacute Zapněte hlavniacute jistič Kontrola a nastaveniacute komunikace mezi UMC

DX a VI

Nastaveniacute Komunikace se provede přes LCD displej naacutesledujiacuteciacutem způsobem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on

5 Stiskem tlačiacutetka VPŘED nebo VZAD na panelu uvedeme motor do chodu Pro přechod

z jednoho směru do druheacuteho je nutneacute nejprve zastavit motor tlačiacutetkem STOP Při

zastaveniacute je kontroleacuterem motor blokovaacuten po dobu 3s před dalšiacutem spuštěniacutem z důvodu

doběhu motoru Pohybem tlačiacutetek nahoru dolů pomociacute LCD v hlavniacute nabiacutedce - UMC -

můžeme sledovat aktuaacutelniacute proud motoru sdruženeacute napětiacute odebiacuteranyacute přiacutekon ze siacutetě

uacutečiniacutekhellip

6 Při provaacuteděniacute uacutelohy na brzdě (dynamometru) ověřte funkci ochrany při zablokovaacuteniacute

rotoru funkci ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a proudoveacutem přetiacuteženiacute

7 Při vybaveniacute každeacute z ochran zaznamenejte hodnotu kdy vypnula Před novyacutem startem je

důležiteacute přečiacutest zaacuteznam důvodu poruchy a proveacutest reset na panelu UMC100-PAN jinak je

START blokovaacuten

65 Měřeniacute

OCHRANA PŘED PŘEHŘAacuteTIacuteM MOTORU

Potenciometrem označenyacutem PTC je zvyšovaacutena hodnotu odporu do okamžiku kdy dojde

k odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě zapůsobeniacutem PTC ochrany Hodnota odporu potenciometru

při vybaveniacute ochrany je určena měřeniacutem na 341kΩ Odpoviacutedajiacuteciacute hodnotu teploty motoru

odečteme z grafu a hodnoty odporu potenciometru při vypnutiacute

Do tabulky zapište změřenou hodnotu odporu potenciometru při vypnutiacute Při teacuteto hodnotě odporu

odečtěte teplotu motoru z grafu Ziacuteskanou teplotu porovnejte s vypočtenou teplotou motoru

Tabulka naměřenyacutech a vypočtenyacutech hodnot

R ϑg R0 ϑ

[Ω] [degC] [Ω] [degC]

3410 136 1320 13626

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 56

Vyacutepočet vychaacuteziacute ze vztahu pro zaacutevislost elektrickeacuteho odporu vodiče na teplotě

(651)

kde

(652)

Po uacutepravě pak

α - teplotniacute součinitel elektrickeacuteho odporu (K-1

) (α = 001162 K-1

)

R0 - odpor potenciometru v zaacutekladniacute poloze

R - odpor potenciometru při vybaveniacute ochrany

ϑg - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute odečtenaacute z grafu

ϑ - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute ndash vypočtenaacute

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

R [

Ω]

ϑ [degC]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 57

Vinutiacute motoru je izolovaacuteno izolaciacute třiacutedy F (155)

Třiacuteda izolace A E B F H

Okolniacute teplota [degC] 40 40 40 40 40

Povolenyacute naacuterůst teploty [degC] 60 75 80 105 125

Teplotniacute rezerva 5 5 10 10 15

Konečnaacute teplota 105 120 130 155 180

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru [12]

OCHRANA PŘED NESPRAacuteVNYacuteM SLEDEM FAacuteZIacute

Nedodrženiacutem sledu napaacutejeciacutech faacutezovyacutech vodičů (zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů svorek L2 a L3)

jak je nastaveno v UMC provaacutediacute napěťovyacute modul blokaci startu motoru V tomto přiacutepadě

vybavuje neprodleně ochrana sledu faacuteziacute ndashPhase sequence Funkci zaznamenejte do protokolu

OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII

Zvyšovaacuteniacutem odporu vyacutekonoveacuteho potenciometru zapojeneacuteho ve faacutezi L1 (viz scheacutema zapojeniacute

uacutelohy) dochaacuteziacute k simulaci faacutezoveacute nesymetrie siacutetě Motor je odpojen v okamžiku kdy poklesne

hodnota sdruženeacuteho napětiacute mezi faacutezemi L3 a L1 přibližně na hodnotu Us = 380V Velikost

odporu při vybaveniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii činiacute 101Ω Hodnotu nesymetrie zaznamenejte

do protokolu

OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE

Ztraacuteta faacuteze se realizuje pomociacute spiacutenače v pracovniacutem stole kdy odpojiacuteme napaacutejeciacute faacutezi Změřte

čas od odpojeniacute faacuteze L2 do vybaveniacute ochrany při ztraacutetě faacuteze a poznamenejte do protokolu

66 Demonstrace ochran při použitiacute dynamometru

OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU

K testu ochrany při zablokovaacuteniacute rotoru posloužiacute dynamometr jehož hřiacutedel je spojenaacute se hřiacutedeliacute

asynchronniacuteho motoru pomociacute spojky Hřiacutedel dynamometru je poteacute mechanicky zablokovaacutena

Stiskem přiacuteslušneacuteho tlačiacutetka je proveden start motoru a sledovaacuten proud při odpojeniacute motoru od

siacutetě a čas odpojeniacute Proud při vybaveniacute ochrany při mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru dosaacutehl

hodnoty 1978A což odpoviacutedaacute 582In

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute ndash (High current protection)

Pro simulaci proudoveacuteho přetiacuteženiacute maacuteme nastavenou hodnotu odebiacuteraneacuteho proudu na 130 pro

odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě Snižovaacuteniacutem jmenovityacutech otaacuteček motoru pomociacute dynamometru

(bržděniacutem tzn n rarr 0) dochaacuteziacute k naacuterůstu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu I Odpojeniacute nastalo při

odebiacuteraneacutem proudu 447A Nastaveneacute hodnotě (13In ) naacuteležiacute proud 442A Tiacutem lze konstatovat

že vyacutesledek měřeniacute je srovnatelnyacute s hodnotami uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute

Stav proudoveacuteho podtiacuteženiacute nedostatečneacuteho proudoveacuteho zatiacuteženiacute použiacutevanyacute zejmeacutena u čerpadel

je simulovaacuten pomociacute dynamometru kdy je nastavenaacute hodnota poklesu aktuaacutelniacuteho proudu na

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 58

085In a čas odpojeniacute od siacutetě na 10s Po roztočeniacute a zatiacuteženiacute motoru na hodnotu jmenoviteacuteho

proudu jsou pomociacute dynamometru zvyšovaacuteny otaacutečky motoru n Tento proces maacute za naacutesledek

snižovaacuteniacute aktuaacutelniacuteho proteacutekaneacuteho proudu I kdy motor ztraacuteciacute zatiacuteženiacute Nastaveneacute hodnotě

podtiacuteženiacute odpoviacutedaacute aktuaacutelniacute proud 289A Při dosaženiacute teacuteto uacuterovně je spuštěn odpočet a motor za

10s odpojen

67 Vyhodnoceniacute a zaacutevěr

Vyacutesledkem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute technologiiacute pro diagnostiku

veličin při chodu trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru Při demonstračniacute simulaci ochran byly

dosaženy naacutesledujiacuteciacute vyacutesledky PTC ochrana vybavuje při hodnotě odporu 341kΩ Tato hodnota

odpoviacutedaacute teplotě ϑg = 136degC odečteneacute z grafu Vypočtenaacute teplota ϑ = 13626degC Vyacuterobce uvaacutediacute

zapůsobeniacute ochrany při hodnotě odporu v rozsahu 34-38kΩ Zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů L2 a

L3 proběhla okamžitaacute blokace spuštěniacute motoru Faacutezovaacute nesymetrie vybavila při poklesu napětiacute o

5 Ztraacutetou napaacutejeciacute faacuteze proběhlo odpojeniacute motoru v čase t = 15s Čas odpojeniacute odpoviacutedaacute třiacutedě

přetiacuteženiacute 5E kteraacute je nastavena

Při testu za použitiacute dynamometru bylo zjištěno že při zablokovaneacutem rotoru motoru zapůsobil

kontroleacuter při nastaveneacutem přetiacuteženiacute 3In Teacuteto hodnotě naacuteležiacute proud 102A Jelikož je nastavena

třiacuteda přetiacuteženiacute 5E ktereacute naacuteležiacute interval 15s a poteacute odpojeniacute motoru tak během tohoto okamžiku

vzrostla hodnota proudu na 1978A což odpoviacutedaacute 582In Při proudoveacutem přetiacuteženiacute odpoviacutedaly

vyacutesledky měřeniacute nastaveneacute hodnotě přetiacuteženiacute 13In Ve stavu proudoveacuteho podtiacuteženiacute zapůsobila

ochrana spraacutevně dle nastaveneacuteho poklesu proudu na 085In

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 53: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 53

Obr 62 Scheacutema zapojeniacute panelu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 54

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha

Štiacutetek použiteacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 64 Štiacutetek motoru

63 Popis scheacutematu zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

Na vstupniacute svorky s označeniacutem VSTUP (L1 L2 L3 N PE) jsou přivedeny přiacuteslušneacute vodiče

z pracovniacuteho stolu Hlavniacute 16A jistič s vypiacutenaciacute charakteristikou typu C sloužiacute pro jištěniacute siloveacute

čaacutesti obvodu Pro jištěniacute napaacutejeciacuteho zdroje CP-D sloužiacute tavnaacute pojistka 2T250V Napěťoveacute

vstupy na modul VI150 jsou jištěny tavnou pojistkou F125250V Posuvnyacute potenciometr

umiacutestěnyacute na faacutezoveacutem vodiči L1 sloužiacute k demonstraci ochrany při faacutezoveacute nesymetrii

Komunikačniacute modul MTQ22 zajišťuje komunikaci mezi UMC a PC kdy prostřednictviacutem

Ethernetoveacute siacutetě jsme schopni čiacutest měřeneacute veličiny

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 55

64 Pracovniacute postup

1 Seznamte se s kontroleacuterem UMC100 a ostatniacutemi komponenty použityacutemi pro laboratorniacute

uacutelohu a se scheacutematem zapojeniacute uacutelohy

2 Připojte elektromotor a vstupniacute svorky na přiacuteslušneacute zdiacuteřky Před připojeniacutem vyacutekonoveacuteho

potenciometru ověřte měřeniacutem jeho minimaacutelniacute a maximaacutelniacute hodnotu odporu a

poznamenejte si je

3 Připojte potenciometr na určeneacute zdiacuteřky označeneacute čiacutesly 1 a 2 a nastavte hodnotu odporu

4 Po kontrole zapojeniacute vyučujiacuteciacutem zapněte pracoviště a nastavte autotransformaacutetor na 100

vyacutestupniacuteho napětiacute Zapněte hlavniacute jistič Kontrola a nastaveniacute komunikace mezi UMC

DX a VI

Nastaveniacute Komunikace se provede přes LCD displej naacutesledujiacuteciacutem způsobem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on

5 Stiskem tlačiacutetka VPŘED nebo VZAD na panelu uvedeme motor do chodu Pro přechod

z jednoho směru do druheacuteho je nutneacute nejprve zastavit motor tlačiacutetkem STOP Při

zastaveniacute je kontroleacuterem motor blokovaacuten po dobu 3s před dalšiacutem spuštěniacutem z důvodu

doběhu motoru Pohybem tlačiacutetek nahoru dolů pomociacute LCD v hlavniacute nabiacutedce - UMC -

můžeme sledovat aktuaacutelniacute proud motoru sdruženeacute napětiacute odebiacuteranyacute přiacutekon ze siacutetě

uacutečiniacutekhellip

6 Při provaacuteděniacute uacutelohy na brzdě (dynamometru) ověřte funkci ochrany při zablokovaacuteniacute

rotoru funkci ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a proudoveacutem přetiacuteženiacute

7 Při vybaveniacute každeacute z ochran zaznamenejte hodnotu kdy vypnula Před novyacutem startem je

důležiteacute přečiacutest zaacuteznam důvodu poruchy a proveacutest reset na panelu UMC100-PAN jinak je

START blokovaacuten

65 Měřeniacute

OCHRANA PŘED PŘEHŘAacuteTIacuteM MOTORU

Potenciometrem označenyacutem PTC je zvyšovaacutena hodnotu odporu do okamžiku kdy dojde

k odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě zapůsobeniacutem PTC ochrany Hodnota odporu potenciometru

při vybaveniacute ochrany je určena měřeniacutem na 341kΩ Odpoviacutedajiacuteciacute hodnotu teploty motoru

odečteme z grafu a hodnoty odporu potenciometru při vypnutiacute

Do tabulky zapište změřenou hodnotu odporu potenciometru při vypnutiacute Při teacuteto hodnotě odporu

odečtěte teplotu motoru z grafu Ziacuteskanou teplotu porovnejte s vypočtenou teplotou motoru

Tabulka naměřenyacutech a vypočtenyacutech hodnot

R ϑg R0 ϑ

[Ω] [degC] [Ω] [degC]

3410 136 1320 13626

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 56

Vyacutepočet vychaacuteziacute ze vztahu pro zaacutevislost elektrickeacuteho odporu vodiče na teplotě

(651)

kde

(652)

Po uacutepravě pak

α - teplotniacute součinitel elektrickeacuteho odporu (K-1

) (α = 001162 K-1

)

R0 - odpor potenciometru v zaacutekladniacute poloze

R - odpor potenciometru při vybaveniacute ochrany

ϑg - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute odečtenaacute z grafu

ϑ - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute ndash vypočtenaacute

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

R [

Ω]

ϑ [degC]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 57

Vinutiacute motoru je izolovaacuteno izolaciacute třiacutedy F (155)

Třiacuteda izolace A E B F H

Okolniacute teplota [degC] 40 40 40 40 40

Povolenyacute naacuterůst teploty [degC] 60 75 80 105 125

Teplotniacute rezerva 5 5 10 10 15

Konečnaacute teplota 105 120 130 155 180

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru [12]

OCHRANA PŘED NESPRAacuteVNYacuteM SLEDEM FAacuteZIacute

Nedodrženiacutem sledu napaacutejeciacutech faacutezovyacutech vodičů (zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů svorek L2 a L3)

jak je nastaveno v UMC provaacutediacute napěťovyacute modul blokaci startu motoru V tomto přiacutepadě

vybavuje neprodleně ochrana sledu faacuteziacute ndashPhase sequence Funkci zaznamenejte do protokolu

OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII

Zvyšovaacuteniacutem odporu vyacutekonoveacuteho potenciometru zapojeneacuteho ve faacutezi L1 (viz scheacutema zapojeniacute

uacutelohy) dochaacuteziacute k simulaci faacutezoveacute nesymetrie siacutetě Motor je odpojen v okamžiku kdy poklesne

hodnota sdruženeacuteho napětiacute mezi faacutezemi L3 a L1 přibližně na hodnotu Us = 380V Velikost

odporu při vybaveniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii činiacute 101Ω Hodnotu nesymetrie zaznamenejte

do protokolu

OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE

Ztraacuteta faacuteze se realizuje pomociacute spiacutenače v pracovniacutem stole kdy odpojiacuteme napaacutejeciacute faacutezi Změřte

čas od odpojeniacute faacuteze L2 do vybaveniacute ochrany při ztraacutetě faacuteze a poznamenejte do protokolu

66 Demonstrace ochran při použitiacute dynamometru

OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU

K testu ochrany při zablokovaacuteniacute rotoru posloužiacute dynamometr jehož hřiacutedel je spojenaacute se hřiacutedeliacute

asynchronniacuteho motoru pomociacute spojky Hřiacutedel dynamometru je poteacute mechanicky zablokovaacutena

Stiskem přiacuteslušneacuteho tlačiacutetka je proveden start motoru a sledovaacuten proud při odpojeniacute motoru od

siacutetě a čas odpojeniacute Proud při vybaveniacute ochrany při mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru dosaacutehl

hodnoty 1978A což odpoviacutedaacute 582In

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute ndash (High current protection)

Pro simulaci proudoveacuteho přetiacuteženiacute maacuteme nastavenou hodnotu odebiacuteraneacuteho proudu na 130 pro

odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě Snižovaacuteniacutem jmenovityacutech otaacuteček motoru pomociacute dynamometru

(bržděniacutem tzn n rarr 0) dochaacuteziacute k naacuterůstu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu I Odpojeniacute nastalo při

odebiacuteraneacutem proudu 447A Nastaveneacute hodnotě (13In ) naacuteležiacute proud 442A Tiacutem lze konstatovat

že vyacutesledek měřeniacute je srovnatelnyacute s hodnotami uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute

Stav proudoveacuteho podtiacuteženiacute nedostatečneacuteho proudoveacuteho zatiacuteženiacute použiacutevanyacute zejmeacutena u čerpadel

je simulovaacuten pomociacute dynamometru kdy je nastavenaacute hodnota poklesu aktuaacutelniacuteho proudu na

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 58

085In a čas odpojeniacute od siacutetě na 10s Po roztočeniacute a zatiacuteženiacute motoru na hodnotu jmenoviteacuteho

proudu jsou pomociacute dynamometru zvyšovaacuteny otaacutečky motoru n Tento proces maacute za naacutesledek

snižovaacuteniacute aktuaacutelniacuteho proteacutekaneacuteho proudu I kdy motor ztraacuteciacute zatiacuteženiacute Nastaveneacute hodnotě

podtiacuteženiacute odpoviacutedaacute aktuaacutelniacute proud 289A Při dosaženiacute teacuteto uacuterovně je spuštěn odpočet a motor za

10s odpojen

67 Vyhodnoceniacute a zaacutevěr

Vyacutesledkem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute technologiiacute pro diagnostiku

veličin při chodu trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru Při demonstračniacute simulaci ochran byly

dosaženy naacutesledujiacuteciacute vyacutesledky PTC ochrana vybavuje při hodnotě odporu 341kΩ Tato hodnota

odpoviacutedaacute teplotě ϑg = 136degC odečteneacute z grafu Vypočtenaacute teplota ϑ = 13626degC Vyacuterobce uvaacutediacute

zapůsobeniacute ochrany při hodnotě odporu v rozsahu 34-38kΩ Zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů L2 a

L3 proběhla okamžitaacute blokace spuštěniacute motoru Faacutezovaacute nesymetrie vybavila při poklesu napětiacute o

5 Ztraacutetou napaacutejeciacute faacuteze proběhlo odpojeniacute motoru v čase t = 15s Čas odpojeniacute odpoviacutedaacute třiacutedě

přetiacuteženiacute 5E kteraacute je nastavena

Při testu za použitiacute dynamometru bylo zjištěno že při zablokovaneacutem rotoru motoru zapůsobil

kontroleacuter při nastaveneacutem přetiacuteženiacute 3In Teacuteto hodnotě naacuteležiacute proud 102A Jelikož je nastavena

třiacuteda přetiacuteženiacute 5E ktereacute naacuteležiacute interval 15s a poteacute odpojeniacute motoru tak během tohoto okamžiku

vzrostla hodnota proudu na 1978A což odpoviacutedaacute 582In Při proudoveacutem přetiacuteženiacute odpoviacutedaly

vyacutesledky měřeniacute nastaveneacute hodnotě přetiacuteženiacute 13In Ve stavu proudoveacuteho podtiacuteženiacute zapůsobila

ochrana spraacutevně dle nastaveneacuteho poklesu proudu na 085In

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 54: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 54

Obr 63 Laboratorniacute uacuteloha

Štiacutetek použiteacuteho asynchronniacuteho motoru

Obr 64 Štiacutetek motoru

63 Popis scheacutematu zapojeniacute laboratorniacute uacutelohy

Na vstupniacute svorky s označeniacutem VSTUP (L1 L2 L3 N PE) jsou přivedeny přiacuteslušneacute vodiče

z pracovniacuteho stolu Hlavniacute 16A jistič s vypiacutenaciacute charakteristikou typu C sloužiacute pro jištěniacute siloveacute

čaacutesti obvodu Pro jištěniacute napaacutejeciacuteho zdroje CP-D sloužiacute tavnaacute pojistka 2T250V Napěťoveacute

vstupy na modul VI150 jsou jištěny tavnou pojistkou F125250V Posuvnyacute potenciometr

umiacutestěnyacute na faacutezoveacutem vodiči L1 sloužiacute k demonstraci ochrany při faacutezoveacute nesymetrii

Komunikačniacute modul MTQ22 zajišťuje komunikaci mezi UMC a PC kdy prostřednictviacutem

Ethernetoveacute siacutetě jsme schopni čiacutest měřeneacute veličiny

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 55

64 Pracovniacute postup

1 Seznamte se s kontroleacuterem UMC100 a ostatniacutemi komponenty použityacutemi pro laboratorniacute

uacutelohu a se scheacutematem zapojeniacute uacutelohy

2 Připojte elektromotor a vstupniacute svorky na přiacuteslušneacute zdiacuteřky Před připojeniacutem vyacutekonoveacuteho

potenciometru ověřte měřeniacutem jeho minimaacutelniacute a maximaacutelniacute hodnotu odporu a

poznamenejte si je

3 Připojte potenciometr na určeneacute zdiacuteřky označeneacute čiacutesly 1 a 2 a nastavte hodnotu odporu

4 Po kontrole zapojeniacute vyučujiacuteciacutem zapněte pracoviště a nastavte autotransformaacutetor na 100

vyacutestupniacuteho napětiacute Zapněte hlavniacute jistič Kontrola a nastaveniacute komunikace mezi UMC

DX a VI

Nastaveniacute Komunikace se provede přes LCD displej naacutesledujiacuteciacutem způsobem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on

5 Stiskem tlačiacutetka VPŘED nebo VZAD na panelu uvedeme motor do chodu Pro přechod

z jednoho směru do druheacuteho je nutneacute nejprve zastavit motor tlačiacutetkem STOP Při

zastaveniacute je kontroleacuterem motor blokovaacuten po dobu 3s před dalšiacutem spuštěniacutem z důvodu

doběhu motoru Pohybem tlačiacutetek nahoru dolů pomociacute LCD v hlavniacute nabiacutedce - UMC -

můžeme sledovat aktuaacutelniacute proud motoru sdruženeacute napětiacute odebiacuteranyacute přiacutekon ze siacutetě

uacutečiniacutekhellip

6 Při provaacuteděniacute uacutelohy na brzdě (dynamometru) ověřte funkci ochrany při zablokovaacuteniacute

rotoru funkci ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a proudoveacutem přetiacuteženiacute

7 Při vybaveniacute každeacute z ochran zaznamenejte hodnotu kdy vypnula Před novyacutem startem je

důležiteacute přečiacutest zaacuteznam důvodu poruchy a proveacutest reset na panelu UMC100-PAN jinak je

START blokovaacuten

65 Měřeniacute

OCHRANA PŘED PŘEHŘAacuteTIacuteM MOTORU

Potenciometrem označenyacutem PTC je zvyšovaacutena hodnotu odporu do okamžiku kdy dojde

k odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě zapůsobeniacutem PTC ochrany Hodnota odporu potenciometru

při vybaveniacute ochrany je určena měřeniacutem na 341kΩ Odpoviacutedajiacuteciacute hodnotu teploty motoru

odečteme z grafu a hodnoty odporu potenciometru při vypnutiacute

Do tabulky zapište změřenou hodnotu odporu potenciometru při vypnutiacute Při teacuteto hodnotě odporu

odečtěte teplotu motoru z grafu Ziacuteskanou teplotu porovnejte s vypočtenou teplotou motoru

Tabulka naměřenyacutech a vypočtenyacutech hodnot

R ϑg R0 ϑ

[Ω] [degC] [Ω] [degC]

3410 136 1320 13626

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 56

Vyacutepočet vychaacuteziacute ze vztahu pro zaacutevislost elektrickeacuteho odporu vodiče na teplotě

(651)

kde

(652)

Po uacutepravě pak

α - teplotniacute součinitel elektrickeacuteho odporu (K-1

) (α = 001162 K-1

)

R0 - odpor potenciometru v zaacutekladniacute poloze

R - odpor potenciometru při vybaveniacute ochrany

ϑg - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute odečtenaacute z grafu

ϑ - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute ndash vypočtenaacute

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

R [

Ω]

ϑ [degC]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 57

Vinutiacute motoru je izolovaacuteno izolaciacute třiacutedy F (155)

Třiacuteda izolace A E B F H

Okolniacute teplota [degC] 40 40 40 40 40

Povolenyacute naacuterůst teploty [degC] 60 75 80 105 125

Teplotniacute rezerva 5 5 10 10 15

Konečnaacute teplota 105 120 130 155 180

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru [12]

OCHRANA PŘED NESPRAacuteVNYacuteM SLEDEM FAacuteZIacute

Nedodrženiacutem sledu napaacutejeciacutech faacutezovyacutech vodičů (zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů svorek L2 a L3)

jak je nastaveno v UMC provaacutediacute napěťovyacute modul blokaci startu motoru V tomto přiacutepadě

vybavuje neprodleně ochrana sledu faacuteziacute ndashPhase sequence Funkci zaznamenejte do protokolu

OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII

Zvyšovaacuteniacutem odporu vyacutekonoveacuteho potenciometru zapojeneacuteho ve faacutezi L1 (viz scheacutema zapojeniacute

uacutelohy) dochaacuteziacute k simulaci faacutezoveacute nesymetrie siacutetě Motor je odpojen v okamžiku kdy poklesne

hodnota sdruženeacuteho napětiacute mezi faacutezemi L3 a L1 přibližně na hodnotu Us = 380V Velikost

odporu při vybaveniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii činiacute 101Ω Hodnotu nesymetrie zaznamenejte

do protokolu

OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE

Ztraacuteta faacuteze se realizuje pomociacute spiacutenače v pracovniacutem stole kdy odpojiacuteme napaacutejeciacute faacutezi Změřte

čas od odpojeniacute faacuteze L2 do vybaveniacute ochrany při ztraacutetě faacuteze a poznamenejte do protokolu

66 Demonstrace ochran při použitiacute dynamometru

OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU

K testu ochrany při zablokovaacuteniacute rotoru posloužiacute dynamometr jehož hřiacutedel je spojenaacute se hřiacutedeliacute

asynchronniacuteho motoru pomociacute spojky Hřiacutedel dynamometru je poteacute mechanicky zablokovaacutena

Stiskem přiacuteslušneacuteho tlačiacutetka je proveden start motoru a sledovaacuten proud při odpojeniacute motoru od

siacutetě a čas odpojeniacute Proud při vybaveniacute ochrany při mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru dosaacutehl

hodnoty 1978A což odpoviacutedaacute 582In

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute ndash (High current protection)

Pro simulaci proudoveacuteho přetiacuteženiacute maacuteme nastavenou hodnotu odebiacuteraneacuteho proudu na 130 pro

odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě Snižovaacuteniacutem jmenovityacutech otaacuteček motoru pomociacute dynamometru

(bržděniacutem tzn n rarr 0) dochaacuteziacute k naacuterůstu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu I Odpojeniacute nastalo při

odebiacuteraneacutem proudu 447A Nastaveneacute hodnotě (13In ) naacuteležiacute proud 442A Tiacutem lze konstatovat

že vyacutesledek měřeniacute je srovnatelnyacute s hodnotami uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute

Stav proudoveacuteho podtiacuteženiacute nedostatečneacuteho proudoveacuteho zatiacuteženiacute použiacutevanyacute zejmeacutena u čerpadel

je simulovaacuten pomociacute dynamometru kdy je nastavenaacute hodnota poklesu aktuaacutelniacuteho proudu na

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 58

085In a čas odpojeniacute od siacutetě na 10s Po roztočeniacute a zatiacuteženiacute motoru na hodnotu jmenoviteacuteho

proudu jsou pomociacute dynamometru zvyšovaacuteny otaacutečky motoru n Tento proces maacute za naacutesledek

snižovaacuteniacute aktuaacutelniacuteho proteacutekaneacuteho proudu I kdy motor ztraacuteciacute zatiacuteženiacute Nastaveneacute hodnotě

podtiacuteženiacute odpoviacutedaacute aktuaacutelniacute proud 289A Při dosaženiacute teacuteto uacuterovně je spuštěn odpočet a motor za

10s odpojen

67 Vyhodnoceniacute a zaacutevěr

Vyacutesledkem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute technologiiacute pro diagnostiku

veličin při chodu trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru Při demonstračniacute simulaci ochran byly

dosaženy naacutesledujiacuteciacute vyacutesledky PTC ochrana vybavuje při hodnotě odporu 341kΩ Tato hodnota

odpoviacutedaacute teplotě ϑg = 136degC odečteneacute z grafu Vypočtenaacute teplota ϑ = 13626degC Vyacuterobce uvaacutediacute

zapůsobeniacute ochrany při hodnotě odporu v rozsahu 34-38kΩ Zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů L2 a

L3 proběhla okamžitaacute blokace spuštěniacute motoru Faacutezovaacute nesymetrie vybavila při poklesu napětiacute o

5 Ztraacutetou napaacutejeciacute faacuteze proběhlo odpojeniacute motoru v čase t = 15s Čas odpojeniacute odpoviacutedaacute třiacutedě

přetiacuteženiacute 5E kteraacute je nastavena

Při testu za použitiacute dynamometru bylo zjištěno že při zablokovaneacutem rotoru motoru zapůsobil

kontroleacuter při nastaveneacutem přetiacuteženiacute 3In Teacuteto hodnotě naacuteležiacute proud 102A Jelikož je nastavena

třiacuteda přetiacuteženiacute 5E ktereacute naacuteležiacute interval 15s a poteacute odpojeniacute motoru tak během tohoto okamžiku

vzrostla hodnota proudu na 1978A což odpoviacutedaacute 582In Při proudoveacutem přetiacuteženiacute odpoviacutedaly

vyacutesledky měřeniacute nastaveneacute hodnotě přetiacuteženiacute 13In Ve stavu proudoveacuteho podtiacuteženiacute zapůsobila

ochrana spraacutevně dle nastaveneacuteho poklesu proudu na 085In

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 55: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 55

64 Pracovniacute postup

1 Seznamte se s kontroleacuterem UMC100 a ostatniacutemi komponenty použityacutemi pro laboratorniacute

uacutelohu a se scheacutematem zapojeniacute uacutelohy

2 Připojte elektromotor a vstupniacute svorky na přiacuteslušneacute zdiacuteřky Před připojeniacutem vyacutekonoveacuteho

potenciometru ověřte měřeniacutem jeho minimaacutelniacute a maximaacutelniacute hodnotu odporu a

poznamenejte si je

3 Připojte potenciometr na určeneacute zdiacuteřky označeneacute čiacutesly 1 a 2 a nastavte hodnotu odporu

4 Po kontrole zapojeniacute vyučujiacuteciacutem zapněte pracoviště a nastavte autotransformaacutetor na 100

vyacutestupniacuteho napětiacute Zapněte hlavniacute jistič Kontrola a nastaveniacute komunikace mezi UMC

DX a VI

Nastaveniacute Komunikace se provede přes LCD displej naacutesledujiacuteciacutem způsobem

Main menu rarr IO modules rarr DX1xx rarr DX1xx enabled rarr on

rarr VI15x rarr VI15x enabled rarr on

5 Stiskem tlačiacutetka VPŘED nebo VZAD na panelu uvedeme motor do chodu Pro přechod

z jednoho směru do druheacuteho je nutneacute nejprve zastavit motor tlačiacutetkem STOP Při

zastaveniacute je kontroleacuterem motor blokovaacuten po dobu 3s před dalšiacutem spuštěniacutem z důvodu

doběhu motoru Pohybem tlačiacutetek nahoru dolů pomociacute LCD v hlavniacute nabiacutedce - UMC -

můžeme sledovat aktuaacutelniacute proud motoru sdruženeacute napětiacute odebiacuteranyacute přiacutekon ze siacutetě

uacutečiniacutekhellip

6 Při provaacuteděniacute uacutelohy na brzdě (dynamometru) ověřte funkci ochrany při zablokovaacuteniacute

rotoru funkci ochrany při proudoveacutem podtiacuteženiacute a proudoveacutem přetiacuteženiacute

7 Při vybaveniacute každeacute z ochran zaznamenejte hodnotu kdy vypnula Před novyacutem startem je

důležiteacute přečiacutest zaacuteznam důvodu poruchy a proveacutest reset na panelu UMC100-PAN jinak je

START blokovaacuten

65 Měřeniacute

OCHRANA PŘED PŘEHŘAacuteTIacuteM MOTORU

Potenciometrem označenyacutem PTC je zvyšovaacutena hodnotu odporu do okamžiku kdy dojde

k odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě zapůsobeniacutem PTC ochrany Hodnota odporu potenciometru

při vybaveniacute ochrany je určena měřeniacutem na 341kΩ Odpoviacutedajiacuteciacute hodnotu teploty motoru

odečteme z grafu a hodnoty odporu potenciometru při vypnutiacute

Do tabulky zapište změřenou hodnotu odporu potenciometru při vypnutiacute Při teacuteto hodnotě odporu

odečtěte teplotu motoru z grafu Ziacuteskanou teplotu porovnejte s vypočtenou teplotou motoru

Tabulka naměřenyacutech a vypočtenyacutech hodnot

R ϑg R0 ϑ

[Ω] [degC] [Ω] [degC]

3410 136 1320 13626

Tab 61 Naměřeneacute a vypočteneacute hodnoty odporu a teploty

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 56

Vyacutepočet vychaacuteziacute ze vztahu pro zaacutevislost elektrickeacuteho odporu vodiče na teplotě

(651)

kde

(652)

Po uacutepravě pak

α - teplotniacute součinitel elektrickeacuteho odporu (K-1

) (α = 001162 K-1

)

R0 - odpor potenciometru v zaacutekladniacute poloze

R - odpor potenciometru při vybaveniacute ochrany

ϑg - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute odečtenaacute z grafu

ϑ - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute ndash vypočtenaacute

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

R [

Ω]

ϑ [degC]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 57

Vinutiacute motoru je izolovaacuteno izolaciacute třiacutedy F (155)

Třiacuteda izolace A E B F H

Okolniacute teplota [degC] 40 40 40 40 40

Povolenyacute naacuterůst teploty [degC] 60 75 80 105 125

Teplotniacute rezerva 5 5 10 10 15

Konečnaacute teplota 105 120 130 155 180

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru [12]

OCHRANA PŘED NESPRAacuteVNYacuteM SLEDEM FAacuteZIacute

Nedodrženiacutem sledu napaacutejeciacutech faacutezovyacutech vodičů (zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů svorek L2 a L3)

jak je nastaveno v UMC provaacutediacute napěťovyacute modul blokaci startu motoru V tomto přiacutepadě

vybavuje neprodleně ochrana sledu faacuteziacute ndashPhase sequence Funkci zaznamenejte do protokolu

OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII

Zvyšovaacuteniacutem odporu vyacutekonoveacuteho potenciometru zapojeneacuteho ve faacutezi L1 (viz scheacutema zapojeniacute

uacutelohy) dochaacuteziacute k simulaci faacutezoveacute nesymetrie siacutetě Motor je odpojen v okamžiku kdy poklesne

hodnota sdruženeacuteho napětiacute mezi faacutezemi L3 a L1 přibližně na hodnotu Us = 380V Velikost

odporu při vybaveniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii činiacute 101Ω Hodnotu nesymetrie zaznamenejte

do protokolu

OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE

Ztraacuteta faacuteze se realizuje pomociacute spiacutenače v pracovniacutem stole kdy odpojiacuteme napaacutejeciacute faacutezi Změřte

čas od odpojeniacute faacuteze L2 do vybaveniacute ochrany při ztraacutetě faacuteze a poznamenejte do protokolu

66 Demonstrace ochran při použitiacute dynamometru

OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU

K testu ochrany při zablokovaacuteniacute rotoru posloužiacute dynamometr jehož hřiacutedel je spojenaacute se hřiacutedeliacute

asynchronniacuteho motoru pomociacute spojky Hřiacutedel dynamometru je poteacute mechanicky zablokovaacutena

Stiskem přiacuteslušneacuteho tlačiacutetka je proveden start motoru a sledovaacuten proud při odpojeniacute motoru od

siacutetě a čas odpojeniacute Proud při vybaveniacute ochrany při mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru dosaacutehl

hodnoty 1978A což odpoviacutedaacute 582In

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute ndash (High current protection)

Pro simulaci proudoveacuteho přetiacuteženiacute maacuteme nastavenou hodnotu odebiacuteraneacuteho proudu na 130 pro

odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě Snižovaacuteniacutem jmenovityacutech otaacuteček motoru pomociacute dynamometru

(bržděniacutem tzn n rarr 0) dochaacuteziacute k naacuterůstu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu I Odpojeniacute nastalo při

odebiacuteraneacutem proudu 447A Nastaveneacute hodnotě (13In ) naacuteležiacute proud 442A Tiacutem lze konstatovat

že vyacutesledek měřeniacute je srovnatelnyacute s hodnotami uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute

Stav proudoveacuteho podtiacuteženiacute nedostatečneacuteho proudoveacuteho zatiacuteženiacute použiacutevanyacute zejmeacutena u čerpadel

je simulovaacuten pomociacute dynamometru kdy je nastavenaacute hodnota poklesu aktuaacutelniacuteho proudu na

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 58

085In a čas odpojeniacute od siacutetě na 10s Po roztočeniacute a zatiacuteženiacute motoru na hodnotu jmenoviteacuteho

proudu jsou pomociacute dynamometru zvyšovaacuteny otaacutečky motoru n Tento proces maacute za naacutesledek

snižovaacuteniacute aktuaacutelniacuteho proteacutekaneacuteho proudu I kdy motor ztraacuteciacute zatiacuteženiacute Nastaveneacute hodnotě

podtiacuteženiacute odpoviacutedaacute aktuaacutelniacute proud 289A Při dosaženiacute teacuteto uacuterovně je spuštěn odpočet a motor za

10s odpojen

67 Vyhodnoceniacute a zaacutevěr

Vyacutesledkem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute technologiiacute pro diagnostiku

veličin při chodu trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru Při demonstračniacute simulaci ochran byly

dosaženy naacutesledujiacuteciacute vyacutesledky PTC ochrana vybavuje při hodnotě odporu 341kΩ Tato hodnota

odpoviacutedaacute teplotě ϑg = 136degC odečteneacute z grafu Vypočtenaacute teplota ϑ = 13626degC Vyacuterobce uvaacutediacute

zapůsobeniacute ochrany při hodnotě odporu v rozsahu 34-38kΩ Zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů L2 a

L3 proběhla okamžitaacute blokace spuštěniacute motoru Faacutezovaacute nesymetrie vybavila při poklesu napětiacute o

5 Ztraacutetou napaacutejeciacute faacuteze proběhlo odpojeniacute motoru v čase t = 15s Čas odpojeniacute odpoviacutedaacute třiacutedě

přetiacuteženiacute 5E kteraacute je nastavena

Při testu za použitiacute dynamometru bylo zjištěno že při zablokovaneacutem rotoru motoru zapůsobil

kontroleacuter při nastaveneacutem přetiacuteženiacute 3In Teacuteto hodnotě naacuteležiacute proud 102A Jelikož je nastavena

třiacuteda přetiacuteženiacute 5E ktereacute naacuteležiacute interval 15s a poteacute odpojeniacute motoru tak během tohoto okamžiku

vzrostla hodnota proudu na 1978A což odpoviacutedaacute 582In Při proudoveacutem přetiacuteženiacute odpoviacutedaly

vyacutesledky měřeniacute nastaveneacute hodnotě přetiacuteženiacute 13In Ve stavu proudoveacuteho podtiacuteženiacute zapůsobila

ochrana spraacutevně dle nastaveneacuteho poklesu proudu na 085In

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 56: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 56

Vyacutepočet vychaacuteziacute ze vztahu pro zaacutevislost elektrickeacuteho odporu vodiče na teplotě

(651)

kde

(652)

Po uacutepravě pak

α - teplotniacute součinitel elektrickeacuteho odporu (K-1

) (α = 001162 K-1

)

R0 - odpor potenciometru v zaacutekladniacute poloze

R - odpor potenciometru při vybaveniacute ochrany

ϑg - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute odečtenaacute z grafu

ϑ - fiktivniacute teplota vinutiacute motoru při vypnutiacute ndash vypočtenaacute

Obr 65 Zaacutevislost odporu potenciometru na teplotě vinutiacute motoru

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

R [

Ω]

ϑ [degC]

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 57

Vinutiacute motoru je izolovaacuteno izolaciacute třiacutedy F (155)

Třiacuteda izolace A E B F H

Okolniacute teplota [degC] 40 40 40 40 40

Povolenyacute naacuterůst teploty [degC] 60 75 80 105 125

Teplotniacute rezerva 5 5 10 10 15

Konečnaacute teplota 105 120 130 155 180

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru [12]

OCHRANA PŘED NESPRAacuteVNYacuteM SLEDEM FAacuteZIacute

Nedodrženiacutem sledu napaacutejeciacutech faacutezovyacutech vodičů (zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů svorek L2 a L3)

jak je nastaveno v UMC provaacutediacute napěťovyacute modul blokaci startu motoru V tomto přiacutepadě

vybavuje neprodleně ochrana sledu faacuteziacute ndashPhase sequence Funkci zaznamenejte do protokolu

OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII

Zvyšovaacuteniacutem odporu vyacutekonoveacuteho potenciometru zapojeneacuteho ve faacutezi L1 (viz scheacutema zapojeniacute

uacutelohy) dochaacuteziacute k simulaci faacutezoveacute nesymetrie siacutetě Motor je odpojen v okamžiku kdy poklesne

hodnota sdruženeacuteho napětiacute mezi faacutezemi L3 a L1 přibližně na hodnotu Us = 380V Velikost

odporu při vybaveniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii činiacute 101Ω Hodnotu nesymetrie zaznamenejte

do protokolu

OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE

Ztraacuteta faacuteze se realizuje pomociacute spiacutenače v pracovniacutem stole kdy odpojiacuteme napaacutejeciacute faacutezi Změřte

čas od odpojeniacute faacuteze L2 do vybaveniacute ochrany při ztraacutetě faacuteze a poznamenejte do protokolu

66 Demonstrace ochran při použitiacute dynamometru

OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU

K testu ochrany při zablokovaacuteniacute rotoru posloužiacute dynamometr jehož hřiacutedel je spojenaacute se hřiacutedeliacute

asynchronniacuteho motoru pomociacute spojky Hřiacutedel dynamometru je poteacute mechanicky zablokovaacutena

Stiskem přiacuteslušneacuteho tlačiacutetka je proveden start motoru a sledovaacuten proud při odpojeniacute motoru od

siacutetě a čas odpojeniacute Proud při vybaveniacute ochrany při mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru dosaacutehl

hodnoty 1978A což odpoviacutedaacute 582In

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute ndash (High current protection)

Pro simulaci proudoveacuteho přetiacuteženiacute maacuteme nastavenou hodnotu odebiacuteraneacuteho proudu na 130 pro

odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě Snižovaacuteniacutem jmenovityacutech otaacuteček motoru pomociacute dynamometru

(bržděniacutem tzn n rarr 0) dochaacuteziacute k naacuterůstu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu I Odpojeniacute nastalo při

odebiacuteraneacutem proudu 447A Nastaveneacute hodnotě (13In ) naacuteležiacute proud 442A Tiacutem lze konstatovat

že vyacutesledek měřeniacute je srovnatelnyacute s hodnotami uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute

Stav proudoveacuteho podtiacuteženiacute nedostatečneacuteho proudoveacuteho zatiacuteženiacute použiacutevanyacute zejmeacutena u čerpadel

je simulovaacuten pomociacute dynamometru kdy je nastavenaacute hodnota poklesu aktuaacutelniacuteho proudu na

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 58

085In a čas odpojeniacute od siacutetě na 10s Po roztočeniacute a zatiacuteženiacute motoru na hodnotu jmenoviteacuteho

proudu jsou pomociacute dynamometru zvyšovaacuteny otaacutečky motoru n Tento proces maacute za naacutesledek

snižovaacuteniacute aktuaacutelniacuteho proteacutekaneacuteho proudu I kdy motor ztraacuteciacute zatiacuteženiacute Nastaveneacute hodnotě

podtiacuteženiacute odpoviacutedaacute aktuaacutelniacute proud 289A Při dosaženiacute teacuteto uacuterovně je spuštěn odpočet a motor za

10s odpojen

67 Vyhodnoceniacute a zaacutevěr

Vyacutesledkem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute technologiiacute pro diagnostiku

veličin při chodu trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru Při demonstračniacute simulaci ochran byly

dosaženy naacutesledujiacuteciacute vyacutesledky PTC ochrana vybavuje při hodnotě odporu 341kΩ Tato hodnota

odpoviacutedaacute teplotě ϑg = 136degC odečteneacute z grafu Vypočtenaacute teplota ϑ = 13626degC Vyacuterobce uvaacutediacute

zapůsobeniacute ochrany při hodnotě odporu v rozsahu 34-38kΩ Zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů L2 a

L3 proběhla okamžitaacute blokace spuštěniacute motoru Faacutezovaacute nesymetrie vybavila při poklesu napětiacute o

5 Ztraacutetou napaacutejeciacute faacuteze proběhlo odpojeniacute motoru v čase t = 15s Čas odpojeniacute odpoviacutedaacute třiacutedě

přetiacuteženiacute 5E kteraacute je nastavena

Při testu za použitiacute dynamometru bylo zjištěno že při zablokovaneacutem rotoru motoru zapůsobil

kontroleacuter při nastaveneacutem přetiacuteženiacute 3In Teacuteto hodnotě naacuteležiacute proud 102A Jelikož je nastavena

třiacuteda přetiacuteženiacute 5E ktereacute naacuteležiacute interval 15s a poteacute odpojeniacute motoru tak během tohoto okamžiku

vzrostla hodnota proudu na 1978A což odpoviacutedaacute 582In Při proudoveacutem přetiacuteženiacute odpoviacutedaly

vyacutesledky měřeniacute nastaveneacute hodnotě přetiacuteženiacute 13In Ve stavu proudoveacuteho podtiacuteženiacute zapůsobila

ochrana spraacutevně dle nastaveneacuteho poklesu proudu na 085In

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 57: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 57

Vinutiacute motoru je izolovaacuteno izolaciacute třiacutedy F (155)

Třiacuteda izolace A E B F H

Okolniacute teplota [degC] 40 40 40 40 40

Povolenyacute naacuterůst teploty [degC] 60 75 80 105 125

Teplotniacute rezerva 5 5 10 10 15

Konečnaacute teplota 105 120 130 155 180

Tab 62 Třiacutedy izolace vinutiacute motoru [12]

OCHRANA PŘED NESPRAacuteVNYacuteM SLEDEM FAacuteZIacute

Nedodrženiacutem sledu napaacutejeciacutech faacutezovyacutech vodičů (zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů svorek L2 a L3)

jak je nastaveno v UMC provaacutediacute napěťovyacute modul blokaci startu motoru V tomto přiacutepadě

vybavuje neprodleně ochrana sledu faacuteziacute ndashPhase sequence Funkci zaznamenejte do protokolu

OCHRANA PŘI FAacuteZOVEacute NESYMETRII

Zvyšovaacuteniacutem odporu vyacutekonoveacuteho potenciometru zapojeneacuteho ve faacutezi L1 (viz scheacutema zapojeniacute

uacutelohy) dochaacuteziacute k simulaci faacutezoveacute nesymetrie siacutetě Motor je odpojen v okamžiku kdy poklesne

hodnota sdruženeacuteho napětiacute mezi faacutezemi L3 a L1 přibližně na hodnotu Us = 380V Velikost

odporu při vybaveniacute ochrany při faacutezoveacute nesymetrii činiacute 101Ω Hodnotu nesymetrie zaznamenejte

do protokolu

OCHRANA PŘI ZTRAacuteTĚ FAacuteZE

Ztraacuteta faacuteze se realizuje pomociacute spiacutenače v pracovniacutem stole kdy odpojiacuteme napaacutejeciacute faacutezi Změřte

čas od odpojeniacute faacuteze L2 do vybaveniacute ochrany při ztraacutetě faacuteze a poznamenejte do protokolu

66 Demonstrace ochran při použitiacute dynamometru

OCHRANA PŘI ZABLOKOVANEacuteM ROTORU

K testu ochrany při zablokovaacuteniacute rotoru posloužiacute dynamometr jehož hřiacutedel je spojenaacute se hřiacutedeliacute

asynchronniacuteho motoru pomociacute spojky Hřiacutedel dynamometru je poteacute mechanicky zablokovaacutena

Stiskem přiacuteslušneacuteho tlačiacutetka je proveden start motoru a sledovaacuten proud při odpojeniacute motoru od

siacutetě a čas odpojeniacute Proud při vybaveniacute ochrany při mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru dosaacutehl

hodnoty 1978A což odpoviacutedaacute 582In

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PŘETIacuteŽENIacute ndash (High current protection)

Pro simulaci proudoveacuteho přetiacuteženiacute maacuteme nastavenou hodnotu odebiacuteraneacuteho proudu na 130 pro

odpojeniacute motoru od napaacutejeciacute siacutetě Snižovaacuteniacutem jmenovityacutech otaacuteček motoru pomociacute dynamometru

(bržděniacutem tzn n rarr 0) dochaacuteziacute k naacuterůstu aktuaacutelniacuteho odebiacuteraneacuteho proudu I Odpojeniacute nastalo při

odebiacuteraneacutem proudu 447A Nastaveneacute hodnotě (13In ) naacuteležiacute proud 442A Tiacutem lze konstatovat

že vyacutesledek měřeniacute je srovnatelnyacute s hodnotami uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem

OCHRANA PŘI PROUDOVEacuteM PODTIacuteŽENIacute

Stav proudoveacuteho podtiacuteženiacute nedostatečneacuteho proudoveacuteho zatiacuteženiacute použiacutevanyacute zejmeacutena u čerpadel

je simulovaacuten pomociacute dynamometru kdy je nastavenaacute hodnota poklesu aktuaacutelniacuteho proudu na

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 58

085In a čas odpojeniacute od siacutetě na 10s Po roztočeniacute a zatiacuteženiacute motoru na hodnotu jmenoviteacuteho

proudu jsou pomociacute dynamometru zvyšovaacuteny otaacutečky motoru n Tento proces maacute za naacutesledek

snižovaacuteniacute aktuaacutelniacuteho proteacutekaneacuteho proudu I kdy motor ztraacuteciacute zatiacuteženiacute Nastaveneacute hodnotě

podtiacuteženiacute odpoviacutedaacute aktuaacutelniacute proud 289A Při dosaženiacute teacuteto uacuterovně je spuštěn odpočet a motor za

10s odpojen

67 Vyhodnoceniacute a zaacutevěr

Vyacutesledkem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute technologiiacute pro diagnostiku

veličin při chodu trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru Při demonstračniacute simulaci ochran byly

dosaženy naacutesledujiacuteciacute vyacutesledky PTC ochrana vybavuje při hodnotě odporu 341kΩ Tato hodnota

odpoviacutedaacute teplotě ϑg = 136degC odečteneacute z grafu Vypočtenaacute teplota ϑ = 13626degC Vyacuterobce uvaacutediacute

zapůsobeniacute ochrany při hodnotě odporu v rozsahu 34-38kΩ Zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů L2 a

L3 proběhla okamžitaacute blokace spuštěniacute motoru Faacutezovaacute nesymetrie vybavila při poklesu napětiacute o

5 Ztraacutetou napaacutejeciacute faacuteze proběhlo odpojeniacute motoru v čase t = 15s Čas odpojeniacute odpoviacutedaacute třiacutedě

přetiacuteženiacute 5E kteraacute je nastavena

Při testu za použitiacute dynamometru bylo zjištěno že při zablokovaneacutem rotoru motoru zapůsobil

kontroleacuter při nastaveneacutem přetiacuteženiacute 3In Teacuteto hodnotě naacuteležiacute proud 102A Jelikož je nastavena

třiacuteda přetiacuteženiacute 5E ktereacute naacuteležiacute interval 15s a poteacute odpojeniacute motoru tak během tohoto okamžiku

vzrostla hodnota proudu na 1978A což odpoviacutedaacute 582In Při proudoveacutem přetiacuteženiacute odpoviacutedaly

vyacutesledky měřeniacute nastaveneacute hodnotě přetiacuteženiacute 13In Ve stavu proudoveacuteho podtiacuteženiacute zapůsobila

ochrana spraacutevně dle nastaveneacuteho poklesu proudu na 085In

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 58: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 58

085In a čas odpojeniacute od siacutetě na 10s Po roztočeniacute a zatiacuteženiacute motoru na hodnotu jmenoviteacuteho

proudu jsou pomociacute dynamometru zvyšovaacuteny otaacutečky motoru n Tento proces maacute za naacutesledek

snižovaacuteniacute aktuaacutelniacuteho proteacutekaneacuteho proudu I kdy motor ztraacuteciacute zatiacuteženiacute Nastaveneacute hodnotě

podtiacuteženiacute odpoviacutedaacute aktuaacutelniacute proud 289A Při dosaženiacute teacuteto uacuterovně je spuštěn odpočet a motor za

10s odpojen

67 Vyhodnoceniacute a zaacutevěr

Vyacutesledkem laboratorniacute uacutelohy je seznaacutemeniacute studenta s moderniacute technologiiacute pro diagnostiku

veličin při chodu trojfaacutezoveacuteho asynchronniacuteho motoru Při demonstračniacute simulaci ochran byly

dosaženy naacutesledujiacuteciacute vyacutesledky PTC ochrana vybavuje při hodnotě odporu 341kΩ Tato hodnota

odpoviacutedaacute teplotě ϑg = 136degC odečteneacute z grafu Vypočtenaacute teplota ϑ = 13626degC Vyacuterobce uvaacutediacute

zapůsobeniacute ochrany při hodnotě odporu v rozsahu 34-38kΩ Zaacuteměnou napaacutejeciacutech vodičů L2 a

L3 proběhla okamžitaacute blokace spuštěniacute motoru Faacutezovaacute nesymetrie vybavila při poklesu napětiacute o

5 Ztraacutetou napaacutejeciacute faacuteze proběhlo odpojeniacute motoru v čase t = 15s Čas odpojeniacute odpoviacutedaacute třiacutedě

přetiacuteženiacute 5E kteraacute je nastavena

Při testu za použitiacute dynamometru bylo zjištěno že při zablokovaneacutem rotoru motoru zapůsobil

kontroleacuter při nastaveneacutem přetiacuteženiacute 3In Teacuteto hodnotě naacuteležiacute proud 102A Jelikož je nastavena

třiacuteda přetiacuteženiacute 5E ktereacute naacuteležiacute interval 15s a poteacute odpojeniacute motoru tak během tohoto okamžiku

vzrostla hodnota proudu na 1978A což odpoviacutedaacute 582In Při proudoveacutem přetiacuteženiacute odpoviacutedaly

vyacutesledky měřeniacute nastaveneacute hodnotě přetiacuteženiacute 13In Ve stavu proudoveacuteho podtiacuteženiacute zapůsobila

ochrana spraacutevně dle nastaveneacuteho poklesu proudu na 085In

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 59: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 59

ZAacuteVĚR 7

V teoretickeacute čaacutesti bakalaacuteřskeacute praacutece je provedena rešerše pro motorovyacute kontroleacuter UMC100-

FBP V tomto uacuteseku praacutece je obeznaacutemeno použitiacute kontroleacuteru jeho technickyacutem vybaveniacutem a

zejmeacutena rozšiacuteřeniacutem o přiacutedavneacute moduly a externiacute měřiacuteciacute zařiacutezeniacute V naacutevaznosti na fyzickyacute vzhled

a možnosti přiacutepravku jsou představeny jednotliveacute typy ochran kteryacutemi kontroleacuter disponuje a

jejich principem činnosti

V praktickeacute čaacutesti praacutece byl navržen zkonstruovaacuten a oživen přiacutepravek podrobněji probiacuteranyacute

v kapitole č 4 Demonstračniacute přiacutepravek kteryacute posloužiacute jako vyacuteukovyacute modul pro představeniacute teacuteto

technologie společnosti ABB sro studentům Využitiacute nalezne v raacutemci vyacuteuky v laboratoři

Elektrickyacutech přiacutestrojů Daacutele je součaacutestiacute pro demonstračniacute uacutečely navržena laboratorniacute uacuteloha do

předmětu Elektrickeacute přiacutestroje na teacutema Univerzaacutelniacute motorovyacute kontroleacuter UMC100 V průběhu

uacutelohy jsou testovaacuteny vybraneacute 4 zaacutekladniacute ochrany Při měřeniacute za použitiacute dynamometru je uacuteloha

rozšiacuteřena o test dalšiacutech ochran ktereacute v praxi naleznou sveacute uplatněniacute např ochrana při

mechanickeacutem zablokovaacuteniacute rotoru motoru Dosaženeacute vyacutesledky tohoto měřeniacute v raacutemci laboratorniacute

uacutelohy jsou uvedeny v zaacutevěru samotneacute uacutelohy Při zhodnoceniacute naměřenyacutech uacutedajů během uacutelohy a

porovnaacuteniacutem s hodnotami resp informacemi uvaacuteděnyacutemi vyacuterobcem kontroleacuteru lze konstatovat že

technologie pracuje s vysokou přesnostiacute

Daacutele byl proveden naacutevrh demonstračniacuteho kufru s UMC100 pro ABB sro kteryacute je možneacute

v budoucnu realizovat a bude použit pro uacutečely společnosti Naacutevrh obsahuje řešeniacute pomociacute

napaacutejeniacute jednofaacutezoveacute siacutetě

Přiacuteloha obsahuje vyacutekres nosneacuteho plechu kryciacute panel kufru pro ABB sro sniacutemek pořiacutezenyacute

při experimentaacutelniacutem měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2 a tabulku naměřenyacutech hodnot

pomociacute analyzaacutetoru Yokogawa WT1800

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 60: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 60

LITERATURA

[1] ABB Universal Motor Controller UMC100-FBP Technical Description 062013 158 s

DOI 2CDC 135 013 D0203 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay759d437ff73434a9c1257b8d

002f82a8$file2CDC135013D0203bPDF

[2] ABB Installations instructions UMC100-FBP ATEX 2 s DOI 2CDC 135 028 M9901

Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay022cdc3411c736d3c1257b5c

0021af15$file2CDC135028M9901PDF

[3] ABB FBP FieldBusPlug - Comunicative Control and Protection Components Catalog

2012 112012 36 s DOI 2CDC 190 022 C0205 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9bffc47cd416e45ac1257ae9

0036c7cb$file2CDC190022C0205pdf

[4] ABB Installation instructions VI150-FBP VI155-FBP 062011 2 s DOI 2CDC 135

016 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayadc48b3eab2d8e7cc12578c5

00429d01$file2CDC135016M6801PDF

[5] ABB Installation instructions DX111-FBP DX122-FBP 082009 2 s DOI 2CDC 135

012 M6801 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay9f524139efb8592cc12576d6

00296cff$file2CDC135012M6801PDF

[6] ABB Primary switch mode power supplies CP-D 1221 CP-D 2413 112010 2 s

DOI 1SVC 427 041 M0000 A1 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplayf0a28e8000704a8dc12577f2

0044c904$file1SVC427041M0000pdf

[7] ABB Measuring and monitoring relays Product group picture 132 s DOI 2CDC 110

004 C0208 Dostupneacute z

httpwww05abbcomglobalscotscot209nsfveritydisplay708eb1236ffdb634c1257ab8

0045606d$file2CDC110004C0208_02pdf

[8] STEJSKAL Josef Zapojovaacuteniacute přiacutestrojovyacutech transformaacutetorů napětiacute a proudu In KPB

Intra Instrument Transformers [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwkpbintraczczpodporazapojovanihtml

[9] ONDRŮŠEK Čestmiacuter Elektrickeacute stroje 103 s Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně Skripta

[10] BEKR Zdeněk Ochrana motorů Elektrickeacute pohony a vyacutekonovaacute elektronika

In Elektro [online] [cit 2014-04-15] Dostupneacute

z httpwwwodbornecasopisyczindexphpid_document=25872

[11] Měřička J Zoubek Z Elektrickeacute stroje skriptum ČVUT 1990

[12] Třiacutedy izolace In Pohonnaacute technika [online] [cit 2014-04-08] Dostupneacute

zhttpwwwpohonnatechnikaczskolamotoryasynchronni-motortridy-izolace

[13] Energy Efficiency Explained In [online] [cit 2014-05-11] Dostupneacute

zhttpwwwjjloughrancomInformationEnergyEfficiencyExplained

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 61: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 61

PŘIacuteLOHY

Obr 01 Plech

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 62: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 62

Obr 02 Kryciacute panel kurfu

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute

Page 63: VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Obr. 6.3 Laboratorní úloha ... Obr. 1.0.3 Experimentální měření pomocí dynamometru ASD 10K-2 ... Tab. 0.1 Měření závislosti účiníku

UacuteSTAV VYacuteKONOVEacute ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY

Fakulta elektrotechniky a komunikačniacutech technologiiacute

Vysokeacute učeniacute technickeacute v Brně 63

Obr 103 Experimentaacutelniacute měřeniacute pomociacute dynamometru ASD 10K-2

ČM M n Ustř Istř P1 Q1 P2 cos ϕ

[Nm] [min-1] [V] [A] [W] [var] [W] [-]

1 10 1427 3926 3587 18934 15385 14944 0776

2 9 1434 3929 3365 17105 15223 13515 0747

3 8 1442 3932 3163 15325 15140 12080 0711

4 7 1450 3924 2982 13556 15134 10629 0667

5 6 1457 3926 2816 11800 15082 9155 0616

6 5 1465 3935 2689 10122 15279 7671 0552

7 4 1472 3931 2576 8459 15365 6166 0482

8 3 1479 3933 2502 6811 15620 4646 0400

9 2 1485 3929 2451 5182 15858 3110 0311

10 1 1492 3938 2443 4275 16103 1562 0257

11 0 1498 3936 2426 2701 16321 00 0163

Tab 01 Měřeniacute zaacutevislosti uacutečiniacuteku cos φ na velikosti zatiacuteženiacute