Ochrona przeciwprzepięciowa dla maszyn CNC, VFD i PLC

Ochrona przeciwprzepięciowa dla maszyn CNC

CNC to skrót od komputerowego sterowania numerycznego, czyli automatycznego sterowania narzędziami obróbczymi, takimi jak wiertarki, tokarki, frezarki i drukarki 3D, za pomocą komputera.

W zależności od zastosowania, maszyny CNC wyposażone są w różne rodzaje elektroniki, od dedykowanych układów elektronicznych / sterowników PLC / wyświetlaczy z ekranami dotykowymi lub bez, interfejsów do komputerów PC itp.

Awarie maszyn CNC wynikają z dwóch istotnych zakłóceń (obecnych zmiennych) w sieci niskiego napięcia: błędów stanu ustalonego i błędów przejściowych.

Błędy stanu ustalonego obejmują głównie przepięcia trwające kilka cykli (wzrost napięcia), harmoniczne, zakłócenia RFI/EMI itp.

Błędy przejściowe obejmują przejściowe przepięcia, tj. przepięcia wywołane wyładowaniami atmosferycznymi oraz przepięcia przełączające spowodowane czynnościami takimi jak spawanie, przełączanie baterii kondensatorów itp.

Dwa ważne powody awarii spowodowanych wyładowaniami atmosferycznymi

Bezpośrednie uderzenie pioruna. Jest to bardzo rzadkie, ponieważ maszyny CNC są zainstalowane wewnątrz konstrukcji i zasilane przez podrzędne tablice rozdzielcze, podczas gdy tylko główna tablica rozdzielcza ponosi ciężar bezpośrednich uderzeń pioruna w obszarach narażonych na wyładowania atmosferyczne. Innym powodem, często niezauważanym, jest indukcyjne uderzenie pioruna. W tym przypadku prąd piorunowy jest przenoszony przez wszystkie rodzaje kabli z wyjątkiem kabli światłowodowych.

Zanim omówimy SPD, najpierw wyjaśnijmy, czym jest przepięcie i jak wpływa ono na nasze maszyny CNC, aby łatwiej było zainstalować odpowiednie SPD do ochrony maszyn CNC.

Mówiąc najprościej, przepięcie to nagły wzrost natężenia prądu i napięcia w krótkim czasie (trwającym 350 mikrosekund podczas wyładowania atmosferycznego i 20 mikrosekund podczas przełączania). Istnieją różne źródła przepięć.

Sztuczne przepięcia przejściowe powstają w wyniku spadków napięcia, awarii zasilania, przełączania kondensatorów, częstego włączania/wyłączania ciężkiego sprzętu, spawania, wyładowań elektrostatycznych itp. Matka Natura generuje dwa rodzaje przepięć: bezpośrednie uderzenia pioruna, które są niezwykle rzadkie, oraz pośrednie przepięcia wywołane odległymi wyładowaniami atmosferycznymi, które są powszechne.

Ochrona elektroniki maszyn CNC przed przepięciami i uszkodzeniami pamięci Eprom

Wiele osób uważa, że dopóki nie zobaczą zwęglonej płytki drukowanej, nie uwierzą, że problem wynika z działania pioruna lub przepięcia. Najczęstszym problemem, z jakim spotykamy się w normalnym funkcjonowaniu zakładu, jest uszkodzenie pamięci EPROM (kasowalnej programowalnej pamięci tylko do odczytu).

Widać to po nagłym pojawieniu się niepotrzebnych danych na panelu MMI (Man Machine Interface). Ogólnie rzecz biorąc, nie jest powszechną praktyką przełączanie tej pętli PLC lub DCS w tryb ręczny, usuwanie uszkodzonej pamięci EPROM, kasowanie jej za pomocą kasownika UV, przeprogramowywanie i ponowne uruchamianie, ponieważ jest to długotrwały i czasochłonny proces, powodujący straty produkcyjne. Jeśli zbadamy, dlaczego takie uszkodzenie pamięci EPROM następuje nagle, przyczyną będą przepięcia.

Ponieważ podczas programowania do określonych pinów pamięci EPROM podawane jest napięcie wyższe niż normalne napięcie robocze (aby pamięć EPROM rozpoznała, że znajduje się w trybie programowania, a nie w normalnym trybie pracy).

Podczas skoku napięcia dzieje się to samo. Ponieważ w pinach układu scalonego pojawia się nagle wysokie napięcie, układ uznaje, że znajduje się w trybie programowania, a te, ponieważ w pinach pojawia się dodatkowe wysokie napięcie.

Jest to przyczyną gromadzenia się EPROM. W rezultacie intensywność przepięć jest jedyną przyczyną awarii lub uszkodzenia programów w maszynie CNC. Elementy SMD i urządzenia elektroniczne maszyn CNC są zaprojektowane tak, aby wytrzymać niewielki wzrost poziomu napięcia, który mieści się w granicach tolerancji.

Jest to tzw. napięcie wytrzymałościowe sprzętu, które zazwyczaj wynosi 1000 V AC RMS przez 1 minutę dla sterowników PLC i urządzeń elektronicznych o napięciu zasilania 230 V AC. Jeśli wystąpi przepięcie o takiej wartości, sprzęt nie ulegnie uszkodzeniu. Poziomy te są wyższe niż standardowa granica tolerancji; z czasem są one na tyle wysokie, że mogą spowodować trwałą awarię sprzętu.

Typowe mity:

Ogólnie rzecz biorąc, uważamy, że SPD nie są wymagane, ponieważ dysponujemy szeregiem (innych istniejących) zabezpieczeń, a mianowicie:. zewnętrzny odgromnik, MCB/ MCCB, dobre uziemienie, połączenie, ekranowanie, transformatory izolacyjne, UPS, bariery iskrobezpieczne, izolatory.

Niestety, wszystkie te urządzenia służą zupełnie innym celom i nie mają na celu ochrony sprzętu przed przejściowymi przepięciami. Przeanalizujmy zakres działania każdego z nich.

• Zewnętrzna ochrona odgromowa z dobrym uziemieniem służy do ochrony budynku przed bezpośrednim uderzeniem pioruna.

• MCB (wyłącznik miniaturowy) lub MCCB (wyłącznik kompaktowy) służy do ochrony sprzętu przed zwarciami spowodowanymi przepływem prądów zwarciowych o częstotliwości sieciowej. Wyłączniki MCB lub MCCB działają w ciągu milisekund, co oznacza, że zanim wyłącznik MCB lub MCCB wykryje przepięcia, przepięcia te już przez nie przepłyną i uszkodzą sprzęt.

• Uziemienie dotyczy zarówno bezpieczeństwa personelu, jak i bezpieczeństwa sprzętu.

• Wiązanie polega na zmniejszeniu rezystancji uziemienia i utrzymaniu równopotencjału.

• Ekranowanie jest wykonywane w celu ochrony sprzętu przed zakłóceniami RFI/EMI.

• Transformator izolacyjny służy głównie do ochrony sprzętu przed usterkami występującymi po stronie pierwotnej. Na przykład w przypadku zwarcia po stronie pierwotnej sprzęt podłączony po stronie wtórnej nie ulegnie uszkodzeniu, jeśli jest podłączony za pomocą transformatora izolacyjnego.

• UPS (zasilacz awaryjny) jak sama nazwa wskazuje, służą do zapewnienia ciągłego zasilania z akumulatora w przypadku awarii zasilania sieciowego lub do regulacji mocy w wąskim paśmie.

• Bariery iskrobezpieczne lub izolatory są stosowane w niebezpiecznych obszarach zakładów (na przykład rafineriach, zakładach petrochemicznych, zakładach produkujących nawozy itp.) w celu ograniczenia energii elektrycznej do bardzo niskiego poziomu, tak aby nawet w przypadku zwarcia dostępna moc była zbyt niska, aby spowodować iskrę lub pożar.

W związku z tym SPD są jedyną ochroną maszyn CNC przed przejściowymi przepięciami. Teraz możemy omówić właściwy dobór i instalację SPD, aby zapewnić bezawaryjną pracę maszyny CNC.

W zależności od dostarczanego zasilania maszyny CNC, tj. trójfazowego z przewodem neutralnym lub bez przewodu neutralnego, należy zainstalować SPD z bezpotencjałowym stykiem, odłącznikiem termicznym, w tym elementem podstawowym i wtykowymi ogranicznikami przepięć, które należy podłączyć między fazą a przewodem neutralnym (3 sztuki dla zasilania trójfazowego) oraz między przewodem neutralnym a uziemieniem ochronnym. Urządzenia SPD dla zasilania trójfazowego (L-N), (N-E) w lokalnej lub podrzędnej tablicy rozdzielczej lub panelu odgałęzionym powinny mieć l MOV dla L-N (Z MCOV 275 V, aby zabezpieczyć przed wahaniami zasilania) oraz SPARK GAP dla N-E. Wymagana klasa to klasa I + II zgodnie z normą IEC 61643-11. Jest to pierwszy poziom ochrony.

Aby MMI miało zasilanie 24 V DC lub PLC z DI/DO, należy dobrać odpowiednie SPD, oprócz posiadania SPD klasy I + II w głównej tablicy rozdzielczej.

Poniżej przedstawiamy listę urządzeń wymagających ochrony przeciwprzepięciowej:

Rodzaje maszyn
Obrabiarki:	Cięcie metaluFormowanie metalu
Maszyny do przetwórstwa tworzyw sztucznych:	WtryskarkiMaszyny do wytłaczaniaMaszyny do formowania z rozdmuchemSpecjalistyczne maszyny do przetwarzaniaMaszyny do formowania termostatycznegoUrządzenia do rozdrabniania
Maszyny do obróbki drewna:	Maszyny do obróbki drewnaMaszyny do laminowaniaMaszyny do tartaków
Maszyny do transportu materiałów:	Roboty przemysłoweMaszyny transferoweMaszyny sortujące
Maszyny kontrolno-testujące:	Wytwarzanie i kontrola jakości
Maszyny pakujące:	Maszyny do opasywania kartonówMaszyny do napełniania beczekMaszyny do paletyzacji

Ochrona przeciwprzepięciowa CNC i filtrowanie zasilania

Ochrona przed przepięciami i wyładowaniami atmosferycznymi dla urządzeń CNC (komputerowego sterowania numerycznego) ma ogromne znaczenie dla zabezpieczenia tych skomplikowanych i cennych maszyn przed niszczącym działaniem przejściowych stanów i przepięć. Maszyny CNC, obejmujące szeroki zakres od tokarek i frezarek po systemy laserowe i drukarki 3D, odgrywają kluczową rolę w nowoczesnych procesach produkcyjnych. Maszyny te są podatne na wahania napięcia, przejściowe skoki napięcia i przepięcia elektryczne, które mogą wynikać z różnych źródeł, w tym uderzeń pioruna, wahań sieci energetycznej lub przełączania urządzeń.

Znaczenie ochrony maszyn CNC przed przepięciami

Wdrożenie ochrony przeciwprzepięciowej pomaga chronić maszyny CNC przed anomaliami napięcia, zapobiegając potencjalnie katastrofalnym uszkodzeniom, które mogą prowadzić do przestojów, strat materiałowych i wynikających z tego strat finansowych. Przepięcie może zakłócić działanie maszyn, pogorszyć ich dokładność i precyzję, spowodować awarie i zawieszanie się, a nawet doprowadzić do nieodwracalnych uszkodzeń, wymagających kosztownych napraw lub wymiany.

Ochrona przeciwprzepięciowa dla VFD

Urządzenia zabezpieczające przed przepięciami może być stosowany w celu ochrony przetwornicy częstotliwości przed przejściowymi skokami napięcia, impulsami i przepięciami, które są często spowodowane uderzeniami pioruna.

Napęd o zmiennej częstotliwości (VFD)

Napęd o zmiennej częstotliwości (VFD), znany również jako napęd o zmiennej prędkości (VSD), jest głównym elementem każdej ruchomej części w urządzeniach elektrycznych.

Urządzenie to umożliwia kontrolę prędkości niemal każdego silnika elektrycznego, który w przeciwnym razie zawsze pracowałby ze stałą prędkością. Odbywa się to poprzez regulację częstotliwości wyjściowej silników elektrycznych.

Przetwornice częstotliwości znajdują zastosowanie w wielu różnych aplikacjach: panelach pomp, sprężarkach HVAC, przenośnikach, maszynach CNC, dmuchawach, prędkościach obrabiarek itp. Dlatego też są one wykorzystywane w wielu branżach, takich jak oczyszczanie ścieków, przemysł naftowy i gazowy oraz maszyny przemysłowe.

Ochrona przeciwprzepięciowa dla przetwornic częstotliwości

Przetwornica częstotliwości zazwyczaj składa się z prostownika, ogniwa prądu stałego, falownika i elektroniki sterującej (rysunek 1).

Rysunek 1 – Podstawowa zasada działania przetwornicy częstotliwości

Na wejściu falownika jednofazowe napięcie prądu przemiennego lub trójfazowe napięcie międzyfazowe prądu przemiennego jest przekształcane na pulsujące napięcie prądu stałego i podawane do łącza prądu stałego, które służy również jako system magazynowania energii (bufor).

Kondensatory w obwodzie prądu stałego i uziemione sekcje L-C w filtrze sieciowym mogą powodować problemy z górnymi urządzeniami zabezpieczającymi przed prądem resztkowym (RCD). Problemy te są często błędnie kojarzone z ogranicznikami przepięć. Są one jednak spowodowane krótkotrwałymi prądami zwarciowymi przetwornicy częstotliwości, które są wystarczająco wysokie, aby wyzwolić czułe wyłączniki RCD. Można temu zapobiec, stosując wyłącznik RCD odporny na przepięcia, który jest dostępny z wydajnością rozładowania 3 kA (8/20 µs) i wyższą dla prądu wyzwalającego I._∆n = 30 mA.

Falownik dostarcza impulsowe napięcie wyjściowe za pośrednictwem elektroniki sterującej. Im wyższa częstotliwość impulsów elektroniki sterującej dla modulacji szerokości impulsu, tym bardziej napięcie wyjściowe jest zbliżone do krzywej sinusoidalnej. Jednak przy każdym impulsie występuje szczyt napięcia, który nakłada się na falę podstawową. Szczyt napięcia osiąga wartości powyżej 1200 V (w zależności od przetwornicy częstotliwości). Im lepsza symulacja krzywej sinusoidalnej, tym lepsza wydajność pracy i sterowania silnika. Oznacza to jednak, że na wyjściu przetwornicy częstotliwości częściej występują szczyty napięcia.

Aby dobrać odpowiedni ogranicznik przepięć do przetwornicy częstotliwości, należy wziąć pod uwagę maksymalne napięcie ciągłej pracy Uc, które określa maksymalne dopuszczalne napięcie robocze, do którego można podłączyć urządzenie ochrony przeciwprzepięciowej. Ze względu na szczyty napięcia występujące podczas pracy przetwornic częstotliwości należy stosować ograniczniki o wysokiej wartości Uc, aby uniknąć “sztucznego starzenia się” spowodowanego nagrzewaniem się ogranicznika przepięć w “normalnych” warunkach pracy i związanymi z tym szczytami napięcia.

Nagrzewanie się ograniczników przepięć może prowadzić do skrócenia ich żywotności i odłączenia ogranicznika przepięć od instalacji, którą ma chronić.

Rysunek 2 – Połączenie ekranu zgodne z EMC kabla zasilającego silnik

Wysoka częstotliwość impulsów na wyjściu przetwornicy częstotliwości powoduje zakłócenia pola elektromagnetycznego. Aby uniknąć zakłóceń innych systemów, kabel zasilający silnik musi być ekranowany. Ekran kabla zasilającego silnik musi być uziemiony na obu końcach, tj. przy przetwornicy częstotliwości i przy silniku.

W tym celu należy zapewnić kontakt z ekranem na dużej powierzchni, najlepiej za pomocą sprężyn o stałej sile (rysunek 2), aby spełnić wymagania EMC. Połączone systemy uziemienia, a mianowicie połączenie systemu uziemienia przetwornicy częstotliwości z systemem uziemienia silnika napędowego, zmniejszają różnice potencjałów między różnymi częściami instalacji, zapobiegając w ten sposób przepływowi prądów wyrównawczych przez ekran.

Podczas integracji przetwornicy częstotliwości z systemem automatyki budynkowej wszystkie interfejsy oceny i komunikacji muszą być zabezpieczone urządzeniami ochrony przeciwprzepięciowej, aby zapobiec awariom systemu spowodowanym przepięciami. Rysunek 3 przedstawia przykład interfejsu sterownika 4–20 mA.

Rysunek 3 – Przetwornica częstotliwości z napędami w strefie LPZ 0_A i LPZ 1

Zalecane SPD dla frezarek CNC

Ogólna ochrona przed przepięciami

Przepięcia mogą być długotrwałe, tymczasowe lub tylko krótkotrwałe (przepięcie). Przepięcie lub skok napięcia to krótkotrwałe wysokie napięcie, zazwyczaj znacznie przekraczające 110% napięcia nominalnego. Przepięcie przejściowe może mieć pochodzenie atmosferyczne (uderzenie pioruna) lub być przejściowym zjawiskiem przełączania w sieci. Popularnym i skutecznym zabezpieczeniem przed przepięciami przejściowymi jest stosowanie ograniczników przepięć.

Urządzenia te charakteryzują się wysoce nieliniową impedancją w zależności od przyłożonego napięcia. Podczas normalnej pracy (poniżej napięcia progowego) ograniczniki przepięć mają bardzo wysoką impedancję i przez ogranicznik przepływa jedynie nieznaczny prąd upływowy. Gdy napięcie przekroczy wartość progową, impedancja gwałtownie spada, a ogranicznik przepięć tworzy ścieżkę dla prądu przepięciowego. Ograniczniki przepięć są zazwyczaj stosowane między fazą a ziemią, między fazami lub w kombinacji obu tych rozwiązań.

Rysunek 4 – Ograniczniki przepięć zainstalowane między fazą a ziemią oraz między fazami.webp

Nazwa ta może brzmieć zarówno „surge arrester”, jak i „surge arrestor”. Inną nazwą jest „urządzenie ochrony przeciwprzepięciowej” (SPD).

Czy ograniczniki przepięć nadają się do ochrony silników zasilanych przez przetwornice częstotliwości?

Ograniczniki przepięć są powszechnie stosowane w celu ochrony urządzeń elektrycznych przed nadmiernymi przepięciami. Jednocześnie wiele falowników napięciowych wytwarza napięcia niesinusoidalne, które obciążają izolację maszyn. Można zatem zadać pytanie, czy ograniczniki przepięć są odpowiednim środkiem ochrony silników zasilanych z napędów o zmiennej częstotliwości?

Krótka odpowiedź brzmi: ‘Nie’. Większość systemów napędowych z falownikiem napięciowym nie odniesie korzyści z zastosowania ograniczników przepięć. Wręcz przeciwnie, instalacja ograniczników przepięć prawdopodobnie spowodowałaby

Rysunek 5 – Czy ograniczniki przepięć nadają się do ochrony silników zasilanych przez przetwornice częstotliwości?

Ochrona napędów o zmiennej częstotliwości za pomocą urządzeń ochrony przeciwprzepięciowej (SPD)

W dzisiejszym szybko zmieniającym się świecie biznesu, w każdym sektorze stosuje się zaawansowaną i bardzo wrażliwą elektronikę opartą na mikroprocesorach oraz sieci komunikacji danych. Ochrona tych kluczowych systemów przed uszkodzeniami spowodowanymi przepięciami, skokami napięcia i przejściowymi zakłóceniami gwarantuje, że systemy te są zabezpieczone przed zniszczeniem sprzętu, przerwami w działaniu i kosztownymi przestojami. Prawidłowe rozmieszczenie tych SPD może być równie ważne, jak sama decyzja o ich zakupie.

Ogólnie rzecz biorąc, prawidłowo zainstalowane urządzenia ochrony przeciwprzepięciowej zmniejszają skalę przypadkowych, krótkotrwałych anomalii zasilania elektrycznego o dużej energii. Zjawiska te są zazwyczaj spowodowane przez zjawiska atmosferyczne (takie jak uderzenia pioruna), przełączanie mediów, obciążenia indukcyjne i wewnętrznie generowane przepięcia.

Ochrona napędów

Wykorzystanie różnych typów napędów do sterowania silnikami jest powszechne. Celem napędu jest zwiększenie wydajności lub zarządzanie prędkością sterowanego silnika. Poprzez różne procesy i mechanizmy sterujące napęd często przekształca falę sinusoidalną, aby dostarczyć do silnika sygnał umożliwiający uzyskanie większej wydajności lub zmienia częstotliwość sygnału w celu sterowania prędkością silnika.

Działanie napędu może negatywnie wpływać na jakość zasilania elektrycznego. Oznacza to, że napędy mogą powodować skoki napięcia i harmoniczne w systemie.

Zastosowanie urządzeń ochrony przeciwprzepięciowej (SPD) w układzie napędowym w celu ograniczenia szkód, które mogą powstać w wyniku przepięć, przy uwzględnieniu wpływu harmonicznych na urządzenie ochrony przeciwprzepięciowej.

Zastosowanie SPD w układzie napędowym

Aby ułatwić opis zastosowania SPD w układzie napędowym, proszę zapoznać się z rysunkiem. Rysunek ten przedstawia typowy układ napędowy. Zasilanie jest zazwyczaj skonfigurowane w układzie trójkątnym (3 fazy i uziemienie).

Często napięcie wejściowe wynosi 480 V, ale można również stosować inne napięcia. Napięcie wejściowe jest zazwyczaj obniżane do niższego poziomu (zwykle 120 V AC), który zasila obwód sterujący. Obwód sterujący zawiera wrażliwą elektronikę. Po podłączeniu zasilania przez napęd, moc jest przekazywana do silnika.

Jak wspomniano, istnieje pięć możliwości ochrony typowego układu napędowego – każda z nich jest oznaczona numerem w okręgu i opisana poniżej.

1. Wejście napędu

Ochrona wejścia napędu jest niezbędnym krokiem w zabezpieczeniu systemu napędowego. Ochrona tego miejsca zapobiega uszkodzeniom spowodowanym przepięciami wynikającymi z zdarzeń propagowanych w systemie elektrycznym ze źródeł znajdujących się powyżej, zdarzeń zewnętrznych, takich jak wyładowania atmosferyczne i przepięcia przełączające wytwarzane przez sieć energetyczną, oraz interakcji wielu napędów w tym samym systemie.

W tym miejscu odpowiednie jest urządzenie z obwodem reagującym na napięcie, podłączone równolegle – bez obwodu reagującego na częstotliwość. Obwód reagujący na częstotliwość nie jest zalecany w tym miejscu, ponieważ jest ono zazwyczaj bardziej podatne na przejściowe impulsy niż przejściowe fale pierścieniowe.

2. Wejście falownika

Wejście falownika jest jednym z najbardziej wrażliwych i krytycznych obszarów samego napędu. To właśnie w tym miejscu należy zachować ostrożność i przeprowadzić odpowiednią kontrolę. Można zainstalować równolegle podłączone urządzenie z obwodem reagującym na częstotliwość, pod warunkiem że potwierdzono, iż nie zainstalowano żadnych dodatkowych kondensatorów w celu ograniczenia prądów harmonicznych w tym napędzie.

W przypadku zainstalowania dodatkowych kondensatorów, w tym miejscu należy zastosować równolegle podłączone urządzenie z obwodem reagującym na napięcie – bez obwodu reagującego na częstotliwość. Obwód reagujący na częstotliwość nie jest zalecany w tym miejscu ze względu na wysoką zawartość harmonicznych, która wymagała zainstalowania dodatkowych kondensatorów. Zainstalowanie w tym miejscu urządzeń z obwodem reagującym na częstotliwość spowoduje awarię SPD.

3. Obwód sterujący

Obwód sterujący zawiera wrażliwą elektronikę, która może ulec uszkodzeniu pod wpływem warunków środowiskowych wytwarzanych przez napęd lub przepięć pochodzących ze źródeł zewnętrznych. Ochrona w tym miejscu jest niezbędna.

Ponieważ transformator obniżający napięcie izoluje ten obwód i zasila wrażliwą elektronikę, w tym miejscu zaleca się zastosowanie szeregowo połączonego SPD z obwodem reagującym na częstotliwość.

4. Moc wyjściowa napędu

Zaleca się zabezpieczenie bezpośredniego wyjścia napędu, gdy długość połączenia między napędem a silnikiem przekracza 15 m (50 stóp) lub gdy połączenie przebiega wzdłuż ściany zewnętrznej lub na zewnątrz budynku.

Jednym z powodów konieczności ochrony bezpośredniego wyjścia w przypadku długiego połączenia z silnikiem są fale odbite, które mogą wystąpić, gdy sygnał (często o wyższej częstotliwości) z wyjścia napędu dociera do silnika, a następnie odbija się między napędem a silnikiem. Działanie to może powodować “nagromadzenie napięcia” – napięcie odbite dodaje się do napięcia nominalnego i innych fal odbitych. SPD pomaga w redukcji szczytów napięcia fal odbitych.

Długie odcinki oraz te poprowadzone wzdłuż ścian zewnętrznych lub drzwi mogą powodować powstawanie fal odbitych. Fale odbite powstają, gdy sygnał (często o wyższej częstotliwości) z napędu wyjściowego dociera do modułu głównego i odbija się między napędem a silnikiem. Powoduje to “nagromadzenie napięcia”. Napięcie odbite dodaje się do napięcia nominalnego i innych fal odbitych. SPD pomaga w redukcji szczytów napięcia fal odbitych.

Co ważniejsze, jeśli połączenie między napędem a silnikiem przebiega na zewnątrz wzdłuż ścieżki narażonej na działanie czynników atmosferycznych lub w pobliżu stalowej konstrukcji budynku, niezbędna jest ochrona w tym miejscu, aby zmniejszyć skutki bezpośredniego uderzenia pioruna lub indukowanych skoków napięcia spowodowanych pobliskimi wyładowaniami atmosferycznymi. Skoki te mogą spowodować uszkodzenie napędu, nawet jeśli zabezpieczenie jest zapewnione na wejściu silnika.

W tym miejscu odpowiednie jest urządzenie z obwodem reagującym na napięcie, podłączone równolegle – bez obwodu reagującego na częstotliwość. Obwód reagujący na częstotliwość nie jest zalecany w tym miejscu ze względu na wysoką zawartość harmonicznych w sygnale wynikającą z normalnej pracy napędu. Zainstalowanie w tym miejscu urządzeń z obwodem reagującym na częstotliwość spowoduje awarię SPD. Zastosowanie w tym miejscu urządzenia z obwodem reagującym na napięcie wyeliminuje tę możliwość.

5. Wejście silnika

Ochrona wejścia silnika jest niezbędnym krokiem w zabezpieczeniu układu napędowego. Zapewnienie ochrony w tym miejscu zapobiega uszkodzeniom spowodowanym przepięciami przenoszonymi z wyjścia napędu do wejścia silnika. Ochrona tego miejsca pomaga przedłużyć żywotność silnika, ponieważ SPD zapobiega uszkodzeniom uzwojeń i łożysk silnika spowodowanym przepięciami.

Ponadto, jeśli połączenie między napędem a silnikiem przebiega na zewnątrz wzdłuż ścieżki narażonej na działanie czynników atmosferycznych lub w pobliżu stalowej konstrukcji budynku, ważne jest zapewnienie ochrony w tym miejscu, aby zmniejszyć skutki bezpośredniego uderzenia pioruna lub indukowanych skoków napięcia spowodowanych pobliskimi wyładowaniami atmosferycznymi. Skoki napięcia mogą spowodować uszkodzenie silnika, nawet jeśli na wyjściu napędu zapewniono ochronę.

W tym miejscu odpowiednie jest zastosowanie równoległego urządzenia z obwodem reagującym na napięcie, bez obwodu reagującego na częstotliwość. Obwód reagujący na częstotliwość nie jest zalecany w tym miejscu ze względu na wysoką zawartość harmonicznych w sygnale wynikającą z normalnej pracy napędu. Zainstalowanie w tym miejscu urządzeń z obwodem reagującym na częstotliwość spowoduje awarię SPD. Zastosowanie w tym miejscu urządzenia z obwodem reagującym na napięcie wyeliminuje tę możliwość.

Ochrona przed przepięciami i impulsami w napędach o zmiennej częstotliwości (VFD)

Podobnie jak inne systemy elektryczne, systemy VFD wymagają ochrony przed przepięciami i przejściowymi stanami przepięcia. Przepięcia te mogą pochodzić ze strony sieci energetycznej lub być generowane przez sam napęd.

Zazwyczaj przepięcia pochodzące z sieci energetycznej występują rzadziej i mają większą energię oraz amplitudę. Mogą to być przepięcia spowodowane wyładowaniami atmosferycznymi lub przepięcia przełączające z sieci energetycznej.

Oprócz tych przepięć, praca przetwornicy/falownika może również powodować powstawanie nadmiernych napięć, które mogą być szkodliwe dla wrażliwych obwodów elektronicznych. Skuteczna ochrona przeciwprzepięciowa systemu napędowego powinna chronić przełączniki elektroniczne mocy i obwód sterujący, a także silnik.

W typowym układzie napędowym istnieje pięć punktów, w których należy umieścić urządzenia ochrony przeciwprzepięciowej, jak pokazano na rysunku 6.

Rysunek 6 – SPD stosowane w tych lokalizacjach mogą wykorzystywać urządzenia zabezpieczające.

W tych lokalizacjach stosowane są SPD z różnymi technologiami zabezpieczeń. W produktach komercyjnych niektóre SPD mogą być zintegrowane z innymi produktami, takimi jak filtry zapewniające ochronę przed niską jakością zasilania lub wysokimi zniekształceniami harmonicznymi.

Wszystkie aplikacje

Zaawansowany noż obrotowy z mieszalnikiem krzywkowym	Sprężarka powietrza
Opakowanie blistrowe Termoformator	Kartonier
Wirówka	Przenośnik
Żuraw/wciągnik	Dynamometr
Windy i schody ruchome	Wytłaczanie
Wentylatory/dmuchawy	Podawanie na długość
Maszyny ogólne	HVAC
Nawadnianie	Etykieciarka
Pralnia	Liniowe nożyce latające
Obrabiarka	Miks
Opakowanie	Paletyzator
Szlifowanie precyzyjne	Pompa
Prasa udarowa	Nóż obrotowy
Rotacyjny układacz	Podajnik ślimakowy
Indeksator stołu obrotowego	Pas synchroniczny
Tekstylia	Zwijanie