Controller del motore

Tipi, requisiti, diagnostica e riparazione sono tra gli aspetti dei controllori motore affrontati da questa panoramica.

Il Codice Elettrico Nazionale (NEC), che ha giurisdizione sui soggetti in cui è stato recepito in legge, specifica che qualsiasi motore elettrico deve avere un controllore. Un controller motore può svolgere una moltitudine di funzioni. Uno scopo principale è quello di fornire un mezzo per scollegare il motore da the source di potere. Ciò può avvenire automaticamente o manualmente su indicazione dell'operatore. Può avvenire in caso di eccessiva temperatura del motore, flusso di corrente nei conduttori di alimentazione, vincolo o malfunzionamento del carico, o per qualsiasi ragione per la quale sia specificato. In un'installazione di un ascensore, ad esempio, il motore non si avvia quando un sensore della porta indica che la portiera di una cabina è aperta.

Oltre all'avvio e all'arresto del motore, le funzioni del controller includono la scelta della rotazione avanti o indietro, il controllo della velocità e della coppia e la protezione da sovraccarichi e guasti. Questo è solo un elenco parziale. La complessità e la quantità di funzionalità mostrate da un controller per motori possono competere con quelle di un personal computer. Un esempio è il controllore logico programmabile (PLC) e un altro è il controllore di movimento dell'ascensore. Non esiste una linea di demarcazione netta e rapida tra uno di questi e un controller del motore.

Indipendentemente dal livello di sofisticatezza, tutte queste apparecchiature, negli Stati Uniti e in altre aree di giurisdizione, devono essere conformi al NEC. Poiché questo è un buon punto di partenza per la progettazione di un'installazione del motore, questo articolo esaminerà i requisiti principali.

I circuiti di controllo del motore sono trattati nella parte VI dell'"Articolo 430 del NEC: Motori, circuiti del motore e controllori". La parte VII riguarda i controller del motore. Un importante sottoargomento nella sezione sui circuiti di controllo del motore è la protezione da sovracorrente. È importante calcolare correttamente la portata quando si specificano i conduttori che forniscono alimentazione a un controller del motore. Naturalmente, la quantità di corrente assorbita dal controller è inferiore alla quantità di corrente assorbita dal motore, ma se i conduttori sono sottodimensionati, potrebbe esserci un rischio di incendio. E, se il controller si guasta a causa di un alimentatore progettato in modo errato, il motore subirà un'interruzione. I risultati possono variare da disagi e perdite di produttività a gravi pericoli, come nel caso di un motore di una pompa antincendio che non funziona come previsto. Per questo motivo, un'eccezione nel NEC prevede che per i circuiti di comando per i quali le loro aperture creerebbero un pericolo, i conduttori richiedono solo protezione da cortocircuito e guasto a terra e possono essere protetti dal circuito derivato del motore, cortocircuito -dispositivi di protezione del circuito e di guasto a terra. Ciò presuppone lo scenario normale, ovvero che l'alimentazione del controllore motore venga prelevata dal lato carico del dispositivo di protezione del circuito derivato del motore.

Protezione da sovracorrente

La protezione da sovracorrente per i motori è leggermente più complessa rispetto ad altri tipi di carichi, a causa del fatto che esiste una corrente di avvio così elevata. Tutti i carichi sono così, ma i motori lo sono ancora di più. L'inerzia di riposo deve essere superata e il rotore portato a regime prima che il flusso di corrente nel rotore e/o statore si stabilizzi. Questo è un compito molto più grande che portare una lampadina a incandescenza alla massima luminosità. Di conseguenza, esiste un grave dilemma sulla protezione da sovracorrente. Se è prevista una protezione da sovracorrente convenzionale, come per carichi non motori, pochi secondi dopo l'avviamento iniziale (prima che il motore raggiunga la velocità nominale), l'interruttore scatterà.

Per risolvere questa difficile situazione, è stato sviluppato uno schema di protezione da sovracorrente a due livelli, consentito solo per i motori. Il dispositivo di massima corrente a monte del circuito derivato, sia nella targa che a valle di un alimentatore in una scatola di distribuzione, può essere ad un livello molto più alto (meno sensibile) di quello che sarebbe utilizzato per altri tipi di carichi. Questo interruttore o fusibile ha lo scopo di proteggere i conduttori del circuito derivato solo in caso di cortocircuito o guasto a terra. Quindi, cosa succede se c'è un guasto di livello inferiore (cioè, sovraccarico al motore)? In questo caso, la protezione è fornita da un dispositivo di sovracorrente di livello inferiore (più sensibile) solitamente situato vicino al motore. È ad azione lenta, quindi il motore è in grado di avviarsi senza che il circuito scatti. Questo dispositivo di sovraccarico è spesso incorporato nel controller del motore e situato all'interno di tale involucro. Nessuno di questi due dispositivi di sovracorrente da solo fornirebbe una buona protezione per un motore, ma sono abbastanza adeguati in combinazione. In un ambiente industriale, è buona norma installare i conduttori del circuito derivato del motore in una canalina metallica per una protezione aggiuntiva contro il rischio di incendio e shock.

Per determinare il valore massimo del dispositivo di protezione da sovracorrente associato a un circuito di controllo del motore, la Tabella 430.72 (B) nel NEC 2014 dispone i valori in ampere. Le dimensioni dei conduttori del circuito di controllo 18-10 AWG sono correlate ai valori nominali massimi dei dispositivi di sovracorrente in ampere. Esiste un'ulteriore categoria in cui la dimensione del conduttore è maggiore di 10 AWG. Tre condizioni sono specificate in colonne separate:

1. Colonna A: viene fornita una protezione separata.
2. Colonna B: i conduttori del controller del motore si trovano all'interno di un involucro in cui la protezione è fornita dal dispositivo di protezione del circuito derivato del motore.
3. Colonna C: I conduttori del controllore motore si estendono oltre l'involucro dove la protezione è fornita dal dispositivo di protezione del circuito derivato del motore.

Ogni condizione è ulteriormente suddivisa in colonne che coprono conduttori in rame e alluminio (o rivestiti in rame). Si noti che non viene fornita alcuna cifra per i conduttori in alluminio da 18, 16 e 14 AWG, poiché per i controllori motore di queste dimensioni è consentito solo il rame.

Nella progettazione dei conduttori di alimentazione e protezione dalle sovracorrenti per un circuito di comando motore, è necessario seguire attentamente la tabella sopra citata e le note allegate per garantire la conformità dell'installazione. Se viene utilizzato un trasformatore del circuito di controllo del motore, il trasformatore deve essere protetto secondo le seguenti linee guida:

• Quando il trasformatore alimenta un circuito a potenza limitata di classe 1, un circuito di classe 2 o un circuito di telecontrollo di classe 3, la protezione deve essere conforme all'articolo 725, che è un trattamento generale di questi tipi di circuiti di telecontrollo e segnalazione, indipendentemente se sono associati a motori.
• La protezione è consentita (anziché obbligatoria) ai sensi dell'articolo 450.3, che riguarda i trasformatori a varie tensioni e posizioni.
• I trasformatori del circuito di controllo con valore nominale inferiore a 50 VA che sono parte integrante dell'involucro del controllore motore possono essere protetti da dispositivi di sovracorrente primari, mezzi di limitazione dell'impedenza o altri mezzi di protezione intrinseca.
• Quando la corrente primaria nominale del trasformatore del circuito di controllo è inferiore a 2 A e il dispositivo di sovracorrente è valutato o impostato a non più del 500% della corrente primaria nominale, è sufficiente una protezione da sovracorrente nel circuito primario.                 

Se un conduttore del circuito di controllo del motore è messo a terra, il circuito di controllo del motore deve essere predisposto in modo tale che un guasto a terra nel circuito di controllo lontano dal controllore del motore non avvii il motore, né elimini i dispositivi di arresto manuali o automatici dispositivi di arresto di sicurezza.

Tipi di controller richiesti

Laddove si tratta dei controllori motore attuali, NEC 2014 inizia con una dichiarazione generale senza eccezioni, che richiede controllori adeguati per tutti i motori. Poiché quasi tutti i carichi (con poche eccezioni, come il motore che aziona un contatore di utenza) sono dotati di protezione da sovracorrente, il dispositivo di protezione da sovracorrente, se è un interruttore automatico a tempo inverso, sarà sufficiente in determinate circostanze limitate. Un altro tipo di controller del motore è il semplice connettore plug-and-prese o cavo associato ai motori collegati tramite cavo.

Per accertare se l'installazione è conforme, è necessario guardare la potenza e la posizione del motore. Per un motore stazionario di 1/8 hp o meno che viene normalmente lasciato in funzione, come un orologio a parete alimentato a corrente alternata che non può essere danneggiato da sovraccarico o mancato avviamento, il dispositivo di sezionamento del circuito derivato può fungere da il controllore. Questo è molto spesso un semplice interruttore automatico o fusibile. In questo caso un interruttore scatolato può fungere anche da controllore motore. Questo tipo di interruttore ha l'aspetto di un interruttore automatico, è montato in una scatola di distribuzione e riceve alimentazione dalla sbarra collettrice, ma, a differenza di un interruttore automatico, non ha capacità di protezione da sovracorrente.

Il passo successivo, per così dire, è il motore portatile da 1/3 CV o meno. Un esempio è una levigatrice o un trapano da falegname. Per il controller del motore è sufficiente una presa e una presa di collegamento o un connettore del cavo. Questa disposizione funziona bene, perché la spina è solitamente in vista, a portata di mano e in grado di spegnere rapidamente il motore. È facile verificare visivamente che il motore è scollegato the source di potenza e non si avvierà accidentalmente.

Una sezione sulla progettazione del controller afferma che il controller deve essere in grado di avviare e arrestare il motore che controlla e che deve essere in grado di interrompere la corrente a rotore bloccato del motore. In altre parole, il controller del motore deve essere configurato per il motore che è destinato a controllare.

Può sembrare ovvio, ma per la cronaca, il NEC 2014 afferma che i controller, oltre agli interruttori automatici a tempo inverso e agli interruttori scatolati, devono avere valori di potenza alla tensione di applicazione non inferiori alla potenza nominale del motore.

Un interruttore automatico a tempo inverso del circuito derivato valutato in ampere è consentito come controller per tutti i motori. Ciò non significa, tuttavia, che un singolo interruttore, che funge da dispositivo di massima corrente del circuito derivato, possa qualificarsi come controller del motore. Ciò che si intende è che, opportunamente configurato e posizionato, questo tipo di interruttore può fungere da controller del motore. Deve inoltre essere conforme, ove necessario, ai requisiti di protezione da sovraccarico. Allo stesso modo, un interruttore scatolato opportunamente valutato in ampere può fungere da controller per qualsiasi motore.

Per motori stazionari con potenza nominale pari o inferiore a 2 hp e pari o inferiore a 300 V, il controller del motore può essere:

• Un interruttore per uso generale con un amperaggio non inferiore al doppio della corrente nominale a pieno carico del motore
• Sui circuiti CA, un interruttore a scatto per uso generale adatto solo per l'uso su CA (non un interruttore a scatto CA/CC per uso generale) in cui la corrente nominale a pieno carico del motore non è superiore all'80% dell'amperaggio nominale dell'interruttore

Per i motori torque, il controller deve avere una corrente nominale a pieno carico per servizio continuo non inferiore alla corrente nominale di targa del motore.

Requisiti dei controllori

Può sembrare strano a chi è abituato a cablare interruttori e dispositivi di sovracorrente in configurazioni bipolari, ma il controller non è tenuto ad aprire tutti i conduttori (senza messa a terra) al motore. Questo perché la funzione principale del controller del motore è avviare e arrestare un motore, ma non necessariamente fungere da mezzo di disconnessione.

Si precisa inoltre che ogni motore deve essere dotato di un controller individuale. Tuttavia, ci sono eccezioni a questa regola. Per motori con potenza nominale pari o inferiore a 1,000 V, un singolo controller può servire un'installazione di gruppo in cui:

• Numerosi motori azionano più parti di una singola macchina o apparato, come una macchina per la lavorazione del legno.
• Un gruppo di motori è protetto da un unico dispositivo di sovracorrente.
• Un gruppo di motori si trova in un unico locale ben visibile dal controller.

Diagnostica e riparazione

Le apparecchiature di controllo del motore possono variare da un singolo interruttore o connessione con cavo e spina a un PLC complesso, controller di movimento per ascensori o macchinari aerospaziali sequenziali computerizzati. Per eseguire la diagnostica o la riparazione, è molto difficile esaminare i circuiti nella speranza di trovare uno o più componenti visivamente difettosi in tutte le apparecchiature tranne quelle più semplici. Ciò che serve è la documentazione, generalmente fornita dal produttore. Può consistere in una descrizione generale dell'apparecchiatura, un elenco di specifiche e una guida alla risoluzione dei problemi, oltre a diversi tipi di schemi elettrici.

I diagrammi a blocchi rappresentano le parti costituenti funzionali dell'apparecchiatura. Sono eccellenti gateway per acquisire una comprensione generale dell'unità e determinare da dove iniziare in un'operazione di riparazione. Spesso è possibile isolare il guasto in una singola area pensando alla natura del malfunzionamento e osservando lo schema a blocchi.

Di solito, la documentazione del produttore include un diagramma illustrato. Si tratta di fotografie o disegni che ritraggono ed etichettano l'attrezzatura come appare visivamente. I diagrammi illustrati di solito non mostrano i collegamenti elettrici del componente, ma sono utili insieme agli schemi per individuare le parti potenzialmente difettose da testare. Inoltre, se si verifica un problema nel rimettere insieme l'unità dopo una riparazione, l'immagine può fornire una guida.

Un altro tipo di diagramma è lo schema. Mostra parte o tutta l'attrezzatura. Descrive i componenti non come appaiono sul circuito stampato effettivo o sullo chassis, ma nel contesto delle relazioni elettriche. Lo schema è tracciato secondo varie convenzioni più o meno universali. L'alimentatore entra a sinistra e le uscite sono a destra. Gli ingressi di segnale sono in alto oa sinistra del diagramma e il bus di terra o il terminale si trova in basso. Tutto ciò indipendentemente dall'effettiva posizione fisica dei componenti come mostrato nei diagrammi illustrati. Per il tecnico, lo schema è la parte più importante della documentazione. Nei circuiti di controllo del motore, l'alimentazione e le sue connessioni al motore e al relè di controllo vengono spesso omesse per semplicità.

Un altro tipo di diagramma molto rilevante per le apparecchiature di controllo del motore è il diagramma ladder, così chiamato perché ricorda una tipica ladder. A sinistra ea destra (a volte in alto e in basso) ci sono due binari. Per un circuito a 240 V, il binario sinistro è "L1" e il binario destro è "L2". Per un circuito da 120 V, il binario sinistro è "Line" e il binario destro è "Ground". Il collegamento dei binari è uno o più pioli. Ogni piolo rappresenta un elemento del circuito di controllo. In un controllo motore elettromeccanico basato su relè, tutti i pioli funzionano contemporaneamente. In un PLC, vengono continuamente scansionati in sequenza, a una velocità molto elevata (millisecondi). Ad ogni modo, i principi di base sono gli stessi.

Per convenzione, i dispositivi di ingresso e di uscita sono mostrati sui pioli. I dispositivi di input sono a sinistra e i dispositivi di output sono a destra, indipendentemente dalla loro posizione effettiva nell'apparecchiatura. I componenti all'interno di ogni piolo sono in serie. I pioli sono collegati in parallelo. È possibile che l'uscita di un ramo sia l'ingresso di un altro. Laddove è presente un dispositivo di input su un determinato ramo, deve esserci almeno un dispositivo di output. Altrimenti, quando il dispositivo di input diventa conduttivo, ci sarebbe un dead short. I dispositivi di sovraccarico, se presenti, vengono visualizzati a destra dei dispositivi di output. In genere, non ci sarebbe alcun dispositivo di uscita in piedi da solo in un piolo, a meno che non si tratti di una spia di alimentazione, sempre accesa quando l'apparecchiatura è alimentata. Inoltre, di solito non ci sono dispositivi nelle rotaie, ad eccezione di un interruttore di alimentazione principale o di disconnessioni e fusibili per la protezione da sovracorrente. Molti tipi di dispositivi di input sono essenzialmente interruttori on/off. Rientrano in questa categoria i temporizzatori, i finecorsa, i sensori di temperatura (diversi dalle termocoppie) e i termostati.

Il diagramma ladder più generico è mostrato nella Figura 1. Il dispositivo di input è un semplice interruttore unipolare a una via. Il dispositivo di uscita, a scopo illustrativo, è una spia di alimentazione a basso amperaggio di tensione appropriata. In questo esempio il circuito di controllo è alimentato da 120 V derivati ​​da un servizio monofase.

La Figura 2 mostra una configurazione molto comune. Una stazione di avvio/arresto, che può essere remota dal controller, consente all'operatore di avviare o arrestare un motore. Il pulsante di arresto è normalmente chiuso e il pulsante di avvio è normalmente aperto, il che significa che è lo stato di ciascun dispositivo quando non viene azionato. Quando viene premuto il pulsante di arresto, la corrente al relè del motore viene interrotta e il motore si arresta. Allo stesso tempo, i contatti di mantenimento si aprono e rimangono aperti fino a quando non viene premuto nuovamente il pulsante di avvio. Per questo motivo il motore rimane fermo anche rilasciando il pulsante di stop. Per semplicità è consuetudine mostrare il circuito di comando che va al motore senza il relè del motore o l'alimentazione (che può essere trifase) collegata al relè e che alimenta il motore.

La Figura 3 mostra un'altra configurazione comune con un circuito di controllo a 24 V che termina su un motore. Anche qui, il relè e l'alimentazione principale collegati al relè (e quindi al motore) non sono mostrati.

Conclusione

Questo articolo ha esaminato alcuni controller motore relativamente elementari. I principi di base sono gli stessi, ma le dimensioni e la complessità di questa apparecchiatura aumentano notevolmente man mano che è richiesta una maggiore funzionalità. I ​​controller di movimento degli ascensori, i PLC e gli azionamenti a frequenza variabile (ELEVATOR WORLD, febbraio 2014), spesso in combinazione, richiedono grandi quantità di conoscenze e competenze per la progettazione, l'installazione e la manutenzione quando qualcosa va storto. Gli schemi a volte sono lunghi quanto un libro e ci vuole un tipo speciale di mente per comprenderne i dettagli.

Altre volte, c'è una soluzione semplice. Quando l'apparecchiatura non funziona, verificare prima i collegamenti di alimentazione, quindi il cablaggio di controllo e i sensori. Per un controller di movimento dell'ascensore, guarda la lettura alfanumerica. Se è presente un codice di errore apparentemente criptico (come "E-8"), vai alla documentazione del produttore per scoprire cosa sta succedendo. Guarda i sensori: un problema molto comune è all'interno di un sensore della porta. Poiché ci sono parti mobili pesanti, insieme a componenti elettronici sensibili, questo dispositivo di sicurezza vitale potrebbe non funzionare. Controllare la potenza in ingresso, le condizioni del relè e la potenza al motore. Controllare la qualità dell'alimentazione al motore con un oscilloscopio. Un multimetro nella funzione "Volt AC" rivelerà un'ondulazione indesiderata nel bus DC di un VFD.

Non lavorare "sopra la tua testa" - oltre il tuo corpo di conoscenza. È noto che i cavi ricollegati inavvertitamente ai terminali sbagliati in un controller di movimento dell'ascensore annullano l'interblocco della porta, causando la morte.