Utilizzare le unità di avviamento statico per risolvere i problemi di accensione del motore e di sicurezza informatica

I motori asincroni trifase alimentati dalla linea c.a. e con potenze di decine a centinaia di cavalli (HP) sono la forza motrice di molte applicazioni commerciali e industriali. In genere hanno correnti di azionamento del motore comprese tra circa 10 e oltre 1000 A con tensioni di linea da poco più di 200 V_c.a. a 700 V_c.a.. Il problema per i progettisti è che all'avvio assorbono grandi correnti di inserzione, che possono danneggiare il motore e interessare il carico.

Un'unità di controllo con comando di avviamento statico tra la linea c.a. e il motore controlla questa corrente di inserzione gestendo l'accelerazione e la coppia all'avvio del motore, ottimizzando così le prestazioni del motore e riducendo al minimo le conseguenze indesiderate. I dispositivi di tale tipo più avanzati aggiungono funzioni sofisticate per massimizzare le prestazioni, forniscono protezione elettrica e termica, includono una robusta suite di opzioni di connettività e proteggono dagli attacchi informatici.

Questo articolo illustra le funzioni di un dispositivo di avviamento statico, presentando e mostrando come applicare le unità di controllo Altivar Soft Starter ATS480 di Schneider Electric.

Funzioni di avviamento statico

Un dispositivo di avviamento statico viene utilizzato con un motore per ridurre la corrente di inserzione e controllare la coppia durante l'avvio per un periodo di transizione. Questo aumenta gradualmente la tensione applicata al motore, che si traduce in un'accelerazione fluida con una velocità di variazione dell'accelerazione minima.

Gli avviatori sono generalmente dotati di una funzione che consente all'utente di regolare la coppia di avviamento e il tempo di accelerazione per adattarsi alle diverse applicazioni. Possono ridurre significativamente la corrente di avviamento per ottenere il distacco e trattenere la corrente durante l'accelerazione.

I dispositivi di avviamento statico più recenti offrono funzioni aggiuntive che aumentano l'efficienza, mantengono un fattore di potenza (PF) elevato grazie alla correzione dinamica del PF, migliorano la sicurezza elettrica, rilevano le anomalie della linea e del motore, forniscono connettività di rete e rispondono alle problematiche di sicurezza informatica.

Un esempio delle capacità e delle caratteristiche dei dispositivi di avviamento statico all'avanguardia è la serie Altivar Soft Starter ATS480 di Schneider Electric (Figura 1).

Figura 1: La serie Altivar Soft Starter ATS480 aggiunge molte caratteristiche avanzate alla sua funzione principale. (Immagine per gentile concessione di Schneider Electric)

Queste unità incorporano sei tiristori e un algoritmo di controllo della coppia per controllare l'accelerazione, la decelerazione e l'arresto di motori asincroni trifase a gabbia di scoiattolo fino a 900 kW. L'ampia gamma di modelli in questa serie supporta tensioni di funzionamento da 208 a 690 V e correnti da 17 a 1.200 A. Tutte le unità soddisfano gli standard, le certificazioni e le normative mondiali che definiscono le prestazioni, la sicurezza, l'efficienza, la compatibilità elettromagnetica (EMC), il grado di inquinamento, gli urti e le vibrazioni.

Le unità ATS480 incorporano diversi tipi di protezioni di linea, di avviamento e di carico, tra cui:

• Mancanza di fase (linea)
• Protezione termica integrata (motore)
• Protezione termica (avviatore)
• Sovraccarico di corrente (motore)
• Sottocarico (motore)
• Tempo di avviamento eccessivo, rotore bloccato (motore)
• Perdita di fase del motore (motore)
• Perdita di fase dell'alimentazione di linea (linea, motore)
• Protezione termica (motore) tramite collegamento diretto a un termistore a coefficiente di temperatura positivo (PTC) o a una sonda di platino 100 (PT100) a 2 o 3 fili con sonda a termoresistenza (RTD)

Esistono numerose possibilità di connessione dei circuiti per soddisfare le diverse esigenze delle applicazioni finali. Ad esempio, una configurazione di base è rivolta al controllo locale, dove si desidera richiedere l'intervento manuale per il riavvio dopo un reset di errore, anche in caso di controllo remoto (Figura 2). In questo caso, l'operatore preme il pulsante S3 per riavviare.

Figura 2: Una delle numerose opzioni di cablaggio per un dispositivo di avviamento statico; l'utente deve iniziare manualmente il riavvio dopo un reset di errore premendo S3. (Immagine per gentile concessione di Schneider Electric)

Le specifiche delle designazioni dei componenti sono definite nella Tabella 1.

Tabella 1: Designazioni dei componenti per la Figura 2. (Immagine per gentile concessione di Schneider Electric)

Le unità ATS480 dispongono anche di contatti elettromeccanici a relè discreti normalmente aperti (NA) e normalmente chiusi (NC) con potenza nominale di 2 A/250 V_c.a. e di uscite digitali a collettore aperto da 30 V. Questi contatti e uscite semplificano l'implementazione di funzioni aggiuntive, come spie luminose o apparecchiature ausiliarie.

Connettività e sicurezza informatica

Oltre alla funzionalità avanzata di avviamento statico, tutte le unità ATS480 supportano un'ampia gamma di opzioni di connettività. Ciascuna unità ATS480 dispone di due porte RJ45 per le connessioni agli aggiornamenti della configurazione e del firmware e a un terminale di visualizzazione esterno con testo in chiaro o grafico. Inoltre, ciascuno è dotato di uno slot per un modulo di comunicazione aggiuntivo che supporta i formati Modbus TCP, Ethernet/IP, CANopen, PROFINET o PROFIBUS DP.

Questa connettività comporta inevitabilmente problemi di sicurezza. Per farvi fronte, la serie prevede "best practice" di sicurezza informatica incorporate nelle unità per proteggere da azioni deliberate di hacking e da attività ben intenzionate ma incaute da parte del personale o degli appaltatori. Queste protezioni includono la gestione degli account, compresa l'autenticazione e l'autorizzazione degli utenti, e più livelli di protezione delle password. Esistono anche restrizioni intenzionali su varie porte, funzioni e fonti.

La sicurezza di livello superiore comprende difese approfondite e proattive per la gestione degli eventi legati alla sicurezza informatica, compresi i registri dettagliati dell'orario e delle attività degli utenti. L'autenticità del firmware installato e degli eventuali aggiornamenti è garantita dalla firma digitale del firmware e dalle chiavi crittografiche. In questo modo si garantisce l'utilizzo di un firmware valido a ogni ciclo di accensione.

Anche l'interfaccia uomo-macchina è stata adattata

Oltre alla connettività estesa, molte installazioni di avvio graduale necessitano anche di un'accessibilità immediata e diretta da parte dell'operatore. Questo accesso inizia con un'attivazione di base di RUN e STOP tramite interruttori discreti, ben visibili e chiaramente etichettati sul motore o sull'impianto. Spesso sono imposti dagli standard di sicurezza normativi.

Per implementare tali requisiti, le unità ATS480 possono essere cablate con due interruttori di marcia e arresto indipendenti o con un unico interruttore di marcia/arresto (Figura 3).

Figura 3: Il dispositivo di avviamento statico può essere cablato in modo da utilizzare due pulsanti di arresto e marcia indipendenti o un interruttore a doppio ruolo. (Immagine per gentile concessione di Schneider Electric)

Per l'impostazione di base, l'esecuzione e l'interrogazione, i progettisti possono usare il terminale di visualizzazione con testo in chiaro a otto righe VW3A1113 (Figura 4). Utilizzando il connettore RJ45 disponibile, questo terminale può essere collegato e montato sulla parte anteriore del dispositivo di avviamento statico o sulla porta dell'armadio utilizzando un accessorio per il montaggio a distanza.

Figura 4: Il terminale di visualizzazione con testo in chiaro VW3A1113 si collega al dispositivo di avviamento statico mediante il connettore RJ45 in dotazione e supporta le funzioni di impostazione, esecuzione e interrogazione di base. (Immagine per gentile concessione di Schneider Electric)

Per garantire la sicurezza del sistema questa unità multilingue (inglese, francese, spagnolo, italiano, tedesco e cinese, con altre lingue disponibili tramite download) richiede una password di accesso. Una volta collegato, può essere utilizzato per:

• Controllare, regolare e configurare il dispositivo di avviamento statico
• Visualizzare i valori attuali dei dati del motore, degli ingressi/uscite e della macchina
• Memorizzare e scaricare le configurazioni
• Duplicare la configurazione di un dispositivo di avviamento statico alimentato su un altro anch'esso alimentato

Per una diagnostica, un controllo, un monitoraggio e una gestione dei file più avanzati, è possibile utilizzare i software Device Type Manager (DTM) e SoMove di Schneider con un display grafico da terminale basato su PC.

La potenza nominale determina il confezionamento e il fattore di forma

Sebbene le unità della famiglia Altivar Soft Starter ATS480 offrano le stesse funzioni, capacità, interfacce utente e connettività, si differenziano per i livelli di potenza di azionamento. Ciò determina il confezionamento e il fattore di forma appropriati, come si evince osservando i componenti della serie a più bassa e più alta potenza.

ATS480D17Y (Figura 5, a sinistra) è progettato per l'alimentazione e il controllo di motori trifase in c.a. con una corrente di 17 A da una linea da 208 a 690 V_c.a. e funziona con un'alimentazione di controllo da 110 a 230 V_c.a.. Misura 275 mm di altezza, 160 mm di larghezza, 8 mm di profondità e pesa poco meno di 5 kg.

Figura 5: Le unità più piccole (a sinistra) e più grandi (a destra) della famiglia di Soft Starter ATS480 di Altivar sono simili dal punto di vista funzionale, ma presentano un'ampia gamma di caratteristiche di maneggevolezza e peso. (Immagine per gentile concessione di Schneider Electric)

ATS480M12Y (Figura 5, a destra), invece, ha una potenza nominale di 1200 A da una linea da 208 a 690 V_c.a. e funziona con un'alimentazione di controllo da 110 a 230 V_c.a.. Pur offrendo caratteristiche e funzioni quasi identiche all'unità da 17 A, è molto più grande: 890 mm di altezza, 770 mm di larghezza e 329 mm di profondità, con un peso di 115 kg.

Conclusione

I dispositivi di avviamento statico sono un legame essenziale tra la linea c.a. multifase e i motori c.a. trifase di medie e grandi dimensioni, dove gestiscono la corrente di inserzione. La famiglia di Altivar Soft Starter ATS480 di Schneider Electric supporta motori da 17 A a 1200 A con un'ampia connettività di rete e una maggiore sicurezza informatica. Questi dispositivi forniscono inoltre varie funzioni per migliorare le prestazioni, la sicurezza e l'affidabilità.