Upload
others
View
6
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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