Pokyny pro použití SOLID STATE RELÉ
Induktivní zátěže
Hlavním jevem induktivní zátěže na střídavý obvod je že dochází k
posunutí fáze mezi napětím a proudem. Tento čas je vyjádřen jako úhel
fáze mezi 0 a 90° nebo jako účiník Pf mezi 0 a 1. Tento účiník je vyjádřen
rovnicí:
Pf = R/Z = cos ϕ
R je odpor obvodu
Z jeho impedance
ϕ fázový posun
kde
Příklad zátěží s Pf < 0.7
Tam, kde je účiník < 0,7, statické relé nemusí sepnout i při aktivaci řídícího
signálu na vstupu. Jestliže je impedance zátěže příliš induktivní, zátěž
bude působit proti obnovení proudu v zátěži. Jestliže minimální přidržovací
proud nebyl schopen se prosadit v oblasti aktivního spínání, výstupní prvek
nesepne zátěž, nebo sepne jen částečně na půlku periody. K tomuto jevu
dojde často u systémů s nízkým zátěžovacím proudem.
Tento problém lze vyřešit pomocí filtrů nebo odporových bočníků paralelně
k zátěži tak, aby došlo rychleji k obnovení minimálního průchozího proudu
v statickém relé.
Pro čistě odporovou zátěž Pf = 1(účiník)
Obrázek 5.4
Obrázek 5.6
∼
Napájení st
R
L
Z = R 2 + X2
∼
I < přídržný proud
⇒ neaktivní
Minimální proud
přidržení
X = Lω
Pf = Cos ϕ = R/Z
Aktivní zóna
Zatěžovací proud
Z = R2 + L2 ω2
Řídící impuls
Lω
Cos ϕ = Pf
Synchronní spínání induktivní zátěže při Pf < 0.7
ϕ
R
Vliv induktivní zátěže na obvod
statického relé
Synchronní statická relé jsou předurčena pro provoz se zátěží, jejíž účiník je
za běžných podmínek mezi 1 a 0,5 (fázový posun 60°). Toto rozmezí
účiníku až na několik výjimek zahrnuje všechny induktivní zátěže se kterými
se v současnosti lze prakticky setkat. Přesto se doporučuje omezit použití
synchronních statických relé na aplikace s cos ϕ ≥ 0,7 (odporová zátěž s
nízkou induktivní impedancí).
Pozor na saturaci induktivní zátěže, která by mohla způsobit velice nízkou
impedanci (zbytkovou ohmickou hodnotu) a vést tudíž k přetížení nebo
dokonce ke zničení statického relé.
Problém se kterým se lze nejčastěji setkat u induktivních zátěží je poměr
dv/dt v okamžiku odpojení. V tomto okamžiku je na okamžik na svorkách
statického relé napětí spínané zátěže. Fázový posun může způsobit že
strmost dv/dt bude vysoká a dojde znovu k sepnutí relé (viz. obr. 5,5).
Tento jev lze omezit nebo zcela vyloučit použitím filtrů připojených
paralelně k výstupu statického relé.
Tento problém je zejména důležitý u statických relé s triakovým výstupem
jejichž charakteristika dv/dt je kritičtější než je tomu u výstupu SCR.
V tomto případě je lepší použít statické relé s asynchronním
spínáním aby proud měl dostatečný čas se správně prosadit. Navíc
tak jako u případů s vysokým účiníkem je zapotřebí dát pozor na
parametr dv/dt.
Případ spínání transformátoru
Jedná se o specielní a extremní případ induktivní zátěže, která může
dosáhnout saturace vlivem zbytkového magnetizmu.
Magnetické charakteristiky transformátoru lze popsat průběhem jeho
magnetizační křivky B/H ( indukčnost/magnetické pole) znázorněnou na
dalším obrázku. H je magnetické pole se stejnou polaritou jako připojené
napětí na svorky transformátoru a B je indukčnost transformátoru.
Ve stabilním stavu st napětí je magnetizační křivka transformátoru
zobrazena obrysem M. Jestliže dojde k přerušení napětí na svorkách
transformátoru po poslední pozitivní polovině vlny, zbytkový magnetizmus
transformátoru se umístí do bodu Br.
Obrázek 5.7
B (indukčnost)
Obrázek 5.5
Oblast
saturace
Napájecí
napětí
Křivka S
Br
Magnetické
pole H
Křivka M
t
Průběh
hystereze
V
Řídící
impuls
Proud a napětí
na zátěži
Napětí na svorkách
transformátoru
t
Proud
T
Napětí
dv/dt >>
Magnetizační křivka transformátoru
t
Synchronní spínání induktivní zátěže 0.7 < P f < 1
Jako u odporových zátěží, použití statických relé na synchronní
spínání se doporučuje v případě, že účiník zátěže Pf je mezi 0,7 a 1.
Jestliže je první polovina vlny positivní při novém připojení napájení bude
magnetická křivka transformátoru při první polovlně sledovat křivku S
vedoucí k vysoké saturaci a k poklesu impedance primární cívky. To
způsobí vysokou napěťovou špičku. Saturace bude mít tendenci k snižování
v průběhu dalších cyklů až dojde k normálnímu a stabilizovanému průběhu
(podle křivky M) jak bylo již popsáno v předchozím.
Během saturace a v závislosti na její intenzitě, může být impedance
obvodu rovná pouze ohmické impedanci primáru transformátoru k této
impedanci se ještě přičte hodnota externího odporu.
Příklad:
Mimochodem účiník u asynchronních motorů je funkcí
mechanického zatížení a může být podstatně nižší než 0,4 nebo
0,5 během provozu bez zátěže. Pro spínání motorů se tedy
doporučuje použít asynchronní statická relé.
Stav rozběhu
Napájecí napětí
Odpor cívky
Externí odpor
(vodič + připojení)
:
:
230 Vst
1Ω
:
0.5 Ω
Při výběru statického relé je zapotřebí vzít v úvahu jak přetížení při
rozběhu, tak i chladič, který bude zapotřebí, zvláště, dochází-li k častým a
opakujícím se přetížením v důsledku častých rozběhů a zastavení motoru
(opakující se cykly).
Špičkový proud přetížení :
IS = 230 .
Obrázek 5.9
2 / 1.5 = 216 A
Umístění malého odporu do série s transformátorem omezuje přetížení.
Tento odpor by měl být vybrán tak aby nerušil normální funkci
transformátoru.
Obrázek 5.8
Proudový
odhad
Motorový
proud
I mezní
Proudová špička
Proud
I jmen.
Proud v stabilním stavu
T
t1
t2
t3
t4
t5
Rozběhová křivka
Proud procházející transformátorem
Odhad fázového posunutí proudového signálu umožňuje vypočítat
proud rms:
Pro tento případ je vhodné dát přednost statickému relé, které
může spínat špičkový proud nejméně 200A během 1 cyklu.
Pokud se zvolí synchronní statické relé je šance 50 k 50 že dojde k
saturaci transformátoru, která způsobí přetížení v prvních půlvlnách.
Jestliže je transformátor bez zatížení, představuje čistou indukčnost.
Proud, který jím prochází je magnetizační proud, který je fázově
posunutý k napětí o 90°. Za těchto podmínek při připojení max. napětí je
proudové přetížení způsobené magnetizačním proudem omezeno tím,
že proud se zvětšuje od nulové hodnoty. Avšak tento vliv se mění podle
typu sekundární zátěže.
V tomto případě je statické relé s okamžitým spínání i když ne
ideální pro všechny situace přesto nejlepším řešením pro
většinu aplikací s transformátory.
Spínání motorů
Motor je induktivní zátěž odpovídající svým vlastním zákonům v
závislosti na mechanickém zatížení. Při rozběhu může být 3-fázový
motor proudově 6 až 8-krát přetížen ve vztahu k jeho jmenovitému
proudu ve stabilním provozu. U některých jednofázových motorů může
být přetížení až 10 I .
N
Proud spotřebovaný motorem je dán rovnicí
I2(přetížení) . t1 + I2(jmenovitý). t2 + ...
IRMS =
t1
t2
t3
t1 + t2 + t3 + ...
rozběh
jmenovitý provozní čas
čas pauzy
Výše uvedenou metodu lze využít k zobrazení hodnot v teplotní křivce pro
určení velikosti potřebného chladiče.
Relé se určí podle hodnoty rozběhového proudu a provozního napětí
Některé motory již mají rozběhové vinutí, které je spouštěno odstředivým
spínačem jehož funkcí je podstatně zvýšit proud při připojení napájení a
následném rozběhu. K omezení elektromagnetického vyzařování lze toto
vinutí spínat druhým statickým relé.
Obrázek 5.10
Odstředivý spínač
PUž
I=
.
U η . cos ϕ
Rozběhové vinutí
u jednofázového motoru.
Rotor
nebo :
Napájení
I=
PUž
3 . U . η . cos ϕ
Motor s rozběhovým vinutím
u 3-fázového motoru.
PUž
η
cos ϕ
U
I
:
užitečný výkon
:
účinnost
:
účiník
:
:
napájecí napětí
proud na fázi
PUž,η a cosϕ jsou zpravidla uvedeny na výrobním štítku motoru.
Jednofázový motor s reverzací
Tento typ mmotoru lze řídit pomocí dvou statických relé přičemž je třeba
dbát na to, aby nedošlo ke zkratu kondenzároru C pro fázový posun tím, že
by obě relé seply nedopatřením současně.Pokud nelze tuto podmínku
jednoznačně zajistit, je nezbytné určit odpor, který omezuje vybíjecí proud
kondenzároru C takovým způsobem, že:
VMAX
R≥=
ITSM
2 VNapáj.
=
ITSM
3-fázový motor
ITSM
3-fázová zátěž s nulou vyžaduje vždy řízení na každé fázi, zátěž bez
nuly lze řídit pomocí pouze 2 statických relé.
: maximální proudové přetížení statického relé
a výkon odporu je definován:
Obrázek 5.12
P = I2R
L1
L1
Tato hodnota R a P může být rozložena do dvou odporů R1 a R2 :
GA3
L2
R1 = R2 = R/2
M
L2
M
L3
L3
Obrázek 5.11
Rotor
L1
Připojení 3-fázových zátěží bez nuly
L2
2 . Vnapájecí
C
V2
R1
V případě řízení na 3 fázích při odpojení napájecího napětí ale před
úplným zastavením motor generuje poněkud menší napětí, než je napájecí
napětí s poklesem k nule. Jestliže mechanické zatížení potřebné k
rychlému zastavení je velké, může dojít k napěťové špičce až o velikosti:
R2
V1
V1 = Vnapájecí
Napájení (V
napájecí)
VŠP =
Vst
Cosϕ 30°
= Vst . 1.5
Reverzační motor
Napětí na svorkách L1 a L2 je fázově shodné a napětí V ssr na svorkách
rozepnutého statického relé je stejné jako napětí na svorkách kondenzátoru
C, jak ukazuje příslušný fázový diagram.
VSSR =
Při odpojení dvou fází motoru může fáze, která nebyla odpojena, vyvolat na
svorkách statického relé napětí, které je mírně pod dvojnásobkem
napájecího napětí.
2 Vnapájecí
Jestliže L1 a L2 nejsou přesně ve fázi jako například při zastavování, může
být toto napětí dokonce vyšší. Pro motor s napájením 230Vst se volí tudíž
statické relé se jmenovitým napětím 400Vst.
Příklady použití
3-fázový motor s 2 póly, 3000 otáček, ∆ 400 V AC, čas rozběhu ≤ 3 s
PN
(Kw)
IN (A)
400 V
Cos ϕ
Účinnost
η
Id/IN
Id (A)
(přímý
rozběh)
Relé
0.18
0.50
0.80
67
5.5
2.75
0.25
0.66
0.78
71
6.8
4.48
0.37
0.95
0.83
71
4.8
4.60
0.55
1.35
0.85
75
4.9
6.60
0.75
1.90
0.83
71
5.8
11.00
1.10
2.60
0.82
76
6.4
16.60
1.50
3.30
0.82
79
7.7
25.40
2.20
4.40
0.89
82
6.8
29.90
3.00
6.30
0.83
80
7.6
47.80
45 A
5.50
10.90
0.88
83
8.6
93.70
7.50
15.50
0.85
82
8.3
128.00
1-fázové SSR
90 A
Přímý rozběh
Rozběh hvězda - trojúhelník ( Viz. obr. 5.13) I/ 3
10 A
10 A
25 A
25 A
45 A
∆ 400 V st, přímý rozběh, čas rozběhu ≤ 3 s
3-fázový asynchronní motor
4-PÓL
PN
(Kw)
IN (A)
ID (A)
0.25
0.8
0.55
1.5
6-PÓL
Relé
IN (A)
ID (A)
3.6
1.0
5.5
1.6
10 A
8-PÓL
Relé
IN (A)
ID (A)
4.0
1.1
3.6
8.2
1.5
6.9
2.2
8.1
3.0
12.1
3.9
15.8
7.2
26.0
10 A
0.75
2.1
9.5
1.9
8.6
1.10
2.5
14.0
2.4
12.2
1.50
3.2
21.2
3.4
14.8
2.20
5.3
28.0
6.5
31.5
25 A
45 A
25 A
3.00
7.0
35.0
7.0
37.2
5.50
12.0
64.0
12.9
68.5
7.50
15.6
118.0
15.0
90.3
11.00
20.9
120.0
21.5
119.0
45 A
1-fázové
SSR 90A
1-fázové
SSR
90 A
9.0
29.6
15.3
42.0
18.6
52.0
25.6
95.0
Relé
10 A
25 A
45 A
SSR 1-fázové
90A
Připojení trojúhelník (v sérii)
Změna směru otáčení
Statické relé lze vložit do rozvětvení napájení trojúhelník; proud
procházející statickým relé je oproti přímému napájení x 3 .
Změnu směru otáčení 3-fázového motoru lze uskutečnit jednoduše
prohozením dvou fází. Pro zamezení zkratu mezi fázemi při reverzaci, relé
nesmí rozepínat současně a doporučuje se časová prodleva 100 až 150
ms. Doporučuje se rovněž ochrana pomocí odporů a rychlých pojistek.
Obrázek 5.13
Pojistky
L1
L1
L2
L2
L3
L3
Zátěž
Připojení trojúhelník se zátěží v sérii
Obrázek 5.14
L1
L2
L3
N
O I
O I
Odpojovač
Pojistky
R1
R2
R1
R2
GA0
L1
VPŘED +
L1
U
L2
-
U
L2
V
VZAD +
V
Varistory
Odpojení dvou fází (bez nuly)
Odpojení tří fází (s nulou)
Připojení reverzačního relé
V okamžiku reverzace může být napětí na svorkách statického relé až dvojnásobek napájecího napětí.
EIG, spol. s r. o.
Baarova 3a, 140 00 Praha 4
tel.: 241 484 940
fax: 241 484 941
e-mail: [email protected]
http://www.eig.cz
Řada
G
Download

Pokyny pro použití SOLID STATE RELÉ