化工企业中机电一体化的电气开关和保护器

发布时间:2010-09-21

带有可插接连接主控电路控制功能的复合插接式电动机驱动控制器可以快速无误地完成电动机的控制连接。

在即将到来的一年中,人 们为化工企业和医药制造企业提供的将不仅仅是特殊的、单独的电子网络控制方案。长期以来,仅对这些行业中的电动机进行转速调节与控制已经不能满足这些领域 中现代化生产技术的需要了。在这些行业生产线的成品输出终端,在大批量产品生产时采用机电一体化的开关和电气保护继电器控制仪器也有着非常好的性能—价格 比。本文向您介绍的新一代电气开关满足了化学工业和医药生产企业的下列要求:

■ 对防爆电机进行保护

■ 更多的应用领域

■ 很高的工作电压

■ 可靠的切断电路

■ 很高的启动、切断可靠性

■ 双向的电气兼容性

通 俗点讲,电动机是在两个极端状态下工作的电动机械:在较少情况下采用手动接通或者断开电动机,通常是采用远距离操作、在满足事先定义的条件后自动的得电运 转。而电动机的保护则指的是对电机电路、过载的保护,即对开关控制设备、导线和电力线的安全保护。在电机的保护方面未来也有两种不同的保护理论,其中一方 面是受到国家特殊情况的影响;另一方面与较高的工作电压有关:

■ 无熔断器的功率和电机保护器

■ 传统的、带熔断器和过载保护继电器的短路保护器

两种不同的电机保护方案都带有热敏—机械式保护装置、直接利用热敏监控技术对电动机进行全面的保护。越来越多的标准配置的电动机就带有高可靠性的集成式温度传感器对电动机的温度进行直接的监控。

经常遇到的问题

最新的Moeller生产线配备了集成的热敏温度监控装置,并且还配备了NZM1及NZM2型启动电流强度可达150A的大功率电动机开关。

而化工和医药生产设备中用于安装电动机控制开关的位置往往是有限的,严格的尺寸要求又大多出现在电气控制柜中。因此,Moeller公司将电动机保护装置的 尺寸规格等级进行了调整,长度尺寸由原来的7种规格减少到了4种;宽度尺寸由5种减少到了3种。这种小尺寸规格的电动机保护装置是辅助继电器和电机功率保 护继电器两种保护装置的最好组合:有着最小的外形尺寸、很高的物理导电性能和很好的使用性能。大约97%的三相电机的功率大于15kW,而适合于这一功率 电机的保护装置的宽度尺寸仅45mm。开关中的一些辅助功能利用内部的辅助触点来完成。在许多应用情况下仅靠这较浅的深度尺寸就可以满足使用要求了。这种 小、薄、大功率的电动机保护装置有着明显的优点:它适合于越来越紧凑的机床结构的要求;或者可以用于非常紧凑的MCC电气插接连接的要求。

安全和信息传递

经验告诉我们:在化工和医药生产企业中,设备操作者对重要设备的工作状况和故障干扰状况的信息质量要求越来越高。出于对这种情况的了解,新型电机保护装置中 的辅助功能也为信息传递提供了多方面的可能性。例如基本保护器中(电流值可达32A)的辅助开关以及两极或者4极的辅助功能部件可以方便地安装在新型的电 动机控制装置中。对于大型的电机保护装置,人们有两种选择:扩展的瘦长型辅助开关或者模块式的板式辅助开关。在这种大型的电动机保护装置中,人们也没有放 弃辅助触点。这种组合了扩展式和模块式电机保护功能的电动机保护装置在化学工业企业中很受欢迎,因为它能够可靠地实现无接触式的将辅助开关电路与低电压保 护电路切断。

驱动=效率

在化工、医药生产企业中,保护继电器的应用相当广泛。 全球各个国家和企业使用的工作电压、工作频率、应用目的以及直流或者交流电流都对触点的可靠运动带来了许多难度。在这新的电动机驱动控制系统中保护继电器 是系统的核心部件。精心设计的结构和尺寸对触点的机械和电气性能、对触点可靠工作的使用寿命、驱动系统可靠的工作范围、电气输出的兼容性以及电机保护装置 乃至整个驱动系统的能源平衡计算都有直接的影响。

基于多年来在大型和超大型保护继电器(至2000A)领域中的实践经验研制开发出来的新一代DC电动机驱动控制系统适合于各种工作情况。而首次适合于在小功率领域中使用的电动机驱动控制方案也给人们提供了下列方便:

■ 直流电机和交流电机的保护继电器的尺寸规格相同;

■ 宽度尺寸减小较多,可在基本型的基础上集成辅助触点;

■ 它与继电器开关一样有着“瘦长”的外形尺寸;

■ 电动机驱动控制系统的功率平衡和主控电路的有效功率与辅助电路的辅助功率之比大大的得到了改善;

■ 发热量明显减小,因为在额定工况下工作电流在12~65A之间的直流电磁铁的吸持功率仅0.5W;在其他各种工作电流65~150A之间的吸持功率仅为1.5W;

■ 在电压宽度范围和电压可靠性范围在0.7~1.2xUe的情况下开关动态特性保持不变;

■ 符合标准驱动电压安全可靠性要求的、由直流电流驱动的保护继电器具有很好的电气兼容性和低电压、超电压过载保护;

■ 在不使用辅助耦合继电器的情况下直流驱动的、工作电流至32A的继电器可以经济合理的、节省空间的安装使用在多种电气控制系统中(也适用于电流强度更大的DIL H2000型继电器);

■ 即节省空间又节省费用,满足了最新的美国半导体工业(SEMI F47)企业市场的需求,因为可以在不增加辅件的条件下有效的防止电压波动的影响。这种高可靠性将来也是化学工业企业中必不可少的要求。

由 于同时减少了外形尺寸和驱动功率,因此可以实现结构紧凑的控制电路。而且电器柜的规格尺寸也往往会因为省略了电器柜通风装置、因为采用了小型的供电元件而 减小。在插入式馈线板中,假如有20个启动器的插入馈线板中,线圈绕组的有效功率可以由原来的300W减少到15W;仅此一项,就可以每年节省大约200 欧元的能源费用。同样的,也可因此而减少供电元器件的费用。

符合尺寸标准的连接接口

每 一个电动机驱动控制装置的用户在选购时首先关心的是控制装置采用的接口技术。而接口技术应防止导线连接中出现错误、可靠的导线卡紧连接,另外,还可以通过 快速连接来减少电气安装投资费用。由于通常在导线连接中首先连接的是有着较大横截面积的主控电缆,因此事先将各个线圈、绕组之间的连接线接好可以加快电缆 的连接速度和方便导线连接质量的检测。有两个接线框的框式接线夹有着足够力量卡紧导线,即使是在被连接导线横截面积有着较大的差异时,也会可靠地锁紧电 缆。这种可靠的双框连接技术现在已经可以为所有的电流强度达400A的继电器和功率保护开关所使用。没有拧紧螺钉的弹簧卡式接线端子也可以方便地连接两根 电缆;连接比电气控制开关公称尺寸固定的更大横截面积的电缆。而在化工生产领域中,在易燃易爆区工作的电动机和在非易燃易爆区电动机控制装置之间往往需要 较大横截面积的长电缆进行连接。

开关和继电器

电 动机保护开关属于品种繁多的电动机控制开关和保护继电器的范畴之内。在许多应用场合中,例如在开启、关闭不频繁或者不是远程遥控的情况下,电动机保护开关 是人们的首选。在PKZM 0型电动机保护开关中,工作电压提高到了32A是该系列产品中的最新特点。新的、功率范围可调整到15kW的电动机启动装置比PKZM 4型体积明显减小,价格明显降低。而且大多数电动机保护开关都带有防护功能,使得所有的适用于功率范围至15kW、400V的电动机启动控制装置都可具有45mm宽的汇流排接口系统中。而PKZM 4型电动机驱动开关适用的电动机工作电流增大到65A,其相应的防护等级为DIL 65,宽度尺寸也仅为55mm,比原来同类型产品的宽度窄了20%。

按照用户的希望实现电动机的保护

尽管新一代的保护开关的优点在于不使用熔断式保险丝,熔断式保险丝仍有着其他广泛的用途。尤其是在工作电压很高的情况下、对防止触点粘连的可靠性要求很高的 情况下使用熔断式保险丝是非常有作用的。当使用熔断式保险丝防止电动机短路时,必须配套使用短路保护继电器。ZB系列的电动机保护继电器属于符合ATEX 100a标准的防爆电动机用品,适合于在有爆燃危险的场合中使用。它既可以与其他设备部件构成机组使用,也可以单独使用。在电动机保护继电器与接触器之间 的连接是可以拆卸的插接式连接,插接后继电器有着放松自锁的功能。新型的、特别细小的星—三角启动电桥大大方便了保护继电器的安装,即使是在复合保护方式 中也可以方便地进行安装。

组合插接技术

在每一个电动机启动控制装置中,都必须 在电动机保护开关与继电器之间建立连接。在转换连接器中,还需要有转换连接。如果是利用导线进行这种连接,则安装使用说明书中常常要求在导线的两端做好标 记,已明确的表示出与其他接线之间的不同之处。如果忽视了这点,有可能因意外故障为专业维修人员支付昂贵的劳务费。

对于12A或者5.5kW的PKZM 0型旋转启动的电动机保护开关和防爆系统中使用的接触器,在其前端还可附带方形的插座。而在新型的接触器中也配备了辅助开关和线圈接线端子。它除了有主控 电路以外,还可以利用插接连接简单、方便的建立起转换自锁保护电路。这种插接连接可以用于各种电流控制或者电压控制的应用场合。

图示的是 一个新型组合插接技术的应用实例。机械的插接端子连接了电动机启动控制开关和接触器,使它们成为一个牢固的整体,可以方便、可靠的安装在一个接线安装卡槽 中。而可以拆卸的插接连接也保证了可靠的将连接的电路切断、分开。这种插接式主控电路和控制电路连接方法也可以用于电动机的星—三角启动中。整个电动机控 制系统具有很好的扩展性能,许多新的启动控制配套元器件目前正在研发之中。带有可插接触点的外壳还有助于利用这些触点实现许多附加功能,例如电动机的时间 保护和热保护功能等等。利用这一系列的电动机控制系统可以在标准配置情况下、在较小的安装尺寸条件下灵活的组成各种不同的电动机控制“模块”。它可以节省 装配时间、减少安装费用投资,通过快速的更换配套附件提高了设备的使用率。而传统的启动控制部件也不因组合插接技术的应用而受到限制。

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