コンベア、ポンプ、自動ドア、天井クレーンなどの多くの産業用途では、一定速度で動作する非同期モーターが使用されており、高レベルの始動トルクを必要とせず、モーターのソフトスターターの使用が簡単であるというメリットが得られます。ソフトスターターはモーターと機械システムコンポーネントを衝撃から保護し、動作寿命を延ばし、ピーク電力需要を減らしてエネルギー消費を最小限に抑え、オペレーターの安全性を向上させることができます。
モータースターターには幅広い選択肢があり、最大の利点と動作寿命を得るには、適切に指定する必要があります。基本的な質問には次のようなものがあります。
- アプリケーションは UL/NEMA または IEC 環境用ですか?
- モーターは単相ですか、それとも三相ですか?
- モーターの電圧、電力レベル、全負荷アンペアはいくらですか?
- アプリケーションには、開始時間と減速時間、詰まりを解消するトルク レベルなどの調整可能なパラメータが必要ですか?
- どのような通信プロトコルが使用されるのでしょうか?
基本以外にも、サイバーセキュリティの要求、国際電気標準会議 (IEC) 60947-4-1 および 60947-6-2 規格で定義されている調整されたモータースターターの必要性、過負荷または熱保護、およびモータークラスに関連する重要な考慮事項があります。米国規格協会 (ANSI) 49 規格の「機械または変圧器のサーマル リレー/熱過負荷」に定義されているとおり、幅広い追加の保護オプションを備えています。
この記事では、モーター ソフト スターターを選択する際の基本を簡単にレビューし、その後、調整されたモーター スターターの考慮事項、保護機能、サイバーセキュリティのニーズ、シュナイダー エレクトリックの代表的なソフト スターターなどの高度な機能をより詳細にレビューします。
基本原則
UL/NEMA 環境と IEC 環境で使用されるモーター仕様には違いがあります。アプリケーションの場所を知っておくことが重要です。 NEMA は北米に適用され、IEC はヨーロッパおよびその他の地域で使用されます。全体として、NEMA はいくつかの仕様においてより多くのバリエーションを許容しますが、IEC は許容誤差がより厳しい傾向があります。
たとえば、NEMA 銘板では、モーターの定格負荷電流の許容誤差は ±10% ですが、IEC 銘板には負荷電流の許容誤差が含まれていません。 NEMA モーターでは、定格電圧は ±10% の許容差で記載されており、IEC モーターでは ±5% の許容差があります。 NEMA と IEC は、異なる定格システムを使用して、モーターのトルクと速度のプロファイルおよびモーターのサービスファクターを定義しています。
その他の重要な考慮事項には、モーターに単相電力が供給されるか三相電力が供給されるか、モーターの特定の電圧、電力、および全負荷アンプがいくらになるかなどが含まれます。一部のアプリケーションでは、開始時間または減速時間を調整する必要があります。運転中にモーターシャフトが固着した場合、モーターの特性はどうなりますか?スターターは消費電流の増加に対処できますか?
アプリケーションの接続要件も確認する必要があります。シンプルなモータースターターには接続がありません。一部のソフトスターターは、Modbus などの単一プロトコルを処理するように設計されています。他には、Profinet、Modbus、Ethernet/IP、CANopen などの選択肢があります。
調整されたモータースターター
ソフトスターターなどのモーターコントローラーの電気的故障は、安全上の懸念を引き起こす可能性があります。障害に対処するには、ヒューズやサーキットブレーカーなどのさまざまな保護デバイスが必要です。 IEC は、さまざまなデバイスの「調整」を通じて安全性が確保されることを保証するための規格とテスト手順を開発しました。
この規格では、調整されたスターターを極端な障害条件下でテストすることが求められています。この装置は、オペレータに危険を与えたり、モーターの取り付けに損傷を与えたりすることなく、障害を迅速に解消するために必要です。 IEC 60947-4-1 では、タイプ I とタイプ II の 60947 つのタイプの調整について詳しく説明しています。タイプ III 調整については、IEC 6-1-XNUMX に詳しく記載されています。 XNUMX 種類の調整は次のように定義されます。
タイプI – 基本的なコーディネートです。これは低コストであり、マシンの稼働時間が優先事項ではない場合に適しています。タイプ I は動作の継続性をサポートしません。実装後は、モーターを再始動する前にスターターを交換することをお勧めします。
タイプII – より高性能なソリューションです。ダウンタイムの短縮をサポートし、障害後にスターターを交換する必要がありません。スターターは、検査後の故障後にすぐに再使用できるように準備する必要があります。簡単な「修理」は許可されています。たとえば、接点が溶着する可能性がありますが、すぐに分離する可能性があります。
タイプIII – 最高のパフォーマンスを提供します。障害発生後、機器に損傷がなく、スターターはリセット、検査、修理を行わずに直ちにモーターを再始動できなければなりません。タイプ III 調整は、ミッションクリティカルなアプリケーションをサポートするように設計されています。
旅行クラスの過負荷
保護回路の調整タイプの定義に加えて、IEC 60947-4-1 (および IEC 60947-6-2 と ANSI 49) では、モーターの過負荷と熱保護のトリップ クラスも定義されています。トリップクラスは、電流が定格電流 (Ir) の 7.2 倍に上昇したときに保護リレーがトリップするのに必要な時間を定義します。熱保護装置のトリップ曲線によってトリップクラスが決まります。クラス番号が大きいほど、リレーがトリップするまでの時間が長くなります。たとえば、クラス 20 はクラス 10 よりもトリップに時間がかかります (図 1)。
この規格では、5、10、20、および 30 の 20 つのトリップ クラスが指定されています。これらのクラスの指定は、最大トリップ時間に対応します。トリップ時間の精度は、次のように -0%、+XNUMX% です。
- クラス5、トリップ時間4～5秒
- クラス10、トリップ時間8～10秒
- クラス20、トリップ時間16～20秒
- クラス30、トリップ時間24～30秒
電圧とトルクの制御
シュナイダー エレクトリックのソフトスターターの Altistart 22 ファミリは、電圧とトルク制御を使用して 4 ～ 400 kW (3 ～ 500 HP) 三相非同期モーターの起動と停止を制御します。これらは、クラス 10 のモーター保護を備えたアプリケーションで使用するように設計されています。たとえば、モデル ATS22C25Q はポンプやファンでの使用に最適化されており、供給電圧定格は 230 ～ 440 Vac です。供給電圧が 75 Vac の場合は 230 kW モーター、供給電圧が 132 Vac 以上の場合は 400 kW モーターをサポートできます。
サイクルの開始と停止は、モーターが検出する電圧を制御し、電流を制限するシリコン制御整流器 (SCR) を使用して管理されます。モーターが完全に始動すると、バイパス コンタクタがオンになり、SCR が回路から切り離され、動作効率が向上します。以下の図 2 は、Altistart 22 ソフトスターターの動作を、制御されていないモーター始動と比較して示しています。
- 制御されていない非同期モーターの始動により、電流 Is とトルク Ts の大きなサージが発生します。
- Altistart 22 の合計トルク範囲は、電流制限設定 ILt に応じて Ts1 になります。負荷の抵抗トルク Tr は Ts1 トルク未満である必要があり、そうでない場合、モーターは始動しません。
Altistart 22 ソフトスターターを使用した始動時間は、モーター保護クラスに応じて次のように定義されます。
- クラス 10、公称モーター電流定格のソフトスターターの場合は 16 秒
- クラス 20、公称モーター電流と比較して 32 定格レベル大きいソフトスターターの場合は XNUMX 秒
- クラス 30、公称モーター電流と比較して 48 定格レベル大きいソフトスターターの場合は XNUMX 秒
Altistart 22 ソフトスターターは、定格電流 IcL の最大 350% を必要とするアプリケーション向けに設計されています。より高いレベルの IcL を必要とするヘビーデューティー用途には、より大きなスターターを指定する必要があります。特定のアプリケーションに適切な Altistart 22 モデルを決定する主な要素は次のとおりです。
- モーター銘板の電力および公称電流定格
- 動作デューティサイクル
- 始動電流容量
- 1時間あたりの起動回数
- モーターの熱保護クラス
コミッショニングの容易さは Altistart 22 ソフトスターターの重要な機能であり、いくつかの方法でサポートされています。たとえば、統合された Modbus ポートは、次の接続と使用を可能にします。
- Modbus ネットワークに接続する場合、シュナイダー エレクトリックの SoMove PC ソフトウェアを使用すると、構成ファイルをオフラインで作成および保存でき、インストールを迅速に開始できます。 SoMove PC ソフトウェアは、監視と診断の目的にも使用できます。
- Altistart 22 iPad アプリを使用すると、構成を作成、保存し、iPad から Altivar 22 に転送できます。
- リモート マウント キーパッドを使用すると、エンクロージャの外部からのアクセスが可能になります。
さらに、Altistart 22 には、技術者がプログラミングと調整または監視パラメータの両方を変更できる統合インターフェイスが備わっています (図 3)。
トルク制限
Altistart 01 ソフトスターターは、始動時のトルク リミッターとして、または 0.37 ～ 15 kW (0.5 ～ 20 HP) の非同期モーターのソフト スタート/ソフト ストップ コントローラーとして使用できます。単相および三相モーターに使用でき、バイパス コンタクターが統合されています。たとえば、ATS01N206RT は、3 ～ 460 Vac の供給電圧で動作する最大 480 HP のモーターで使用するように設計されています。これらのソフトスターターは、次のような高い始動トルクを必要としない機械を始動するために設計されています。
- 自動ドアとゲート
- ベルト駆動機械
- 扇
- コンプレッサー
- パンプス
- 小型クレーン
ATS01N1 モデルは、モーターの 01 つの相に印加される電圧を立ち上げることによってモーターの始動時間を制御します。これに対し、ATS2N01モデルはモータ電源の1相を制御して起動電流制限と減速を行います。 ATS1N5 モデルの場合、開始電圧ランプ時間は 30 ～ 80 秒の範囲で調整でき、初期電圧レベルは AC ライン電圧レベルの約 4 ～ XNUMX% の範囲で調整できます (図 XNUMX)。
サイバーセキュリティの追加
サイバーセキュリティが重要な考慮事項となるアプリケーションでは、シュナイダーエレクトリックの ATS480 ソフトスターターを活用できます。これらのユニットは、運用上のサイバーセキュリティのベストプラクティスを規定する IEC 62443 標準に従って設計されています。 テクノロジー オートメーションおよび制御システムにおいて。
これらのソフト スターターのサイバーセキュリティ機能は、意図しない情報開示、改ざん、サービス拒否攻撃、なりすまし/特権昇格などの偶発的または意図的な干渉や攻撃から保護します。サイバーセキュリティ機能には次のものが含まれます。
- 認可を強制するユーザーアカウント管理
- ポートとサービスを制限または無効にするために組み込まれた強化されたサイバーセキュリティ機能
- セキュリティ関連のレポートを生成する脅威インテリジェンス
- セキュアブート
- デジタル署名されたファームウェアを使用したサイバーセキュリティ準拠のファームウェア アップグレード。ATS480 が信頼性を検証した場合にのみ適用されます。
3～900kWまでのモデルを用意しております。幅広い電源電圧で動作できます。たとえば、モデル ATS480C17Y は、AC 208 ～ 690 V の三相電源電圧で動作します (図 5)。アプリケーションのデューティ定格と供給電圧に応じて、このユニットは定格 37 ～ 160 kW のモーターで使用できます。ダイナミック ブレーキと DC インジェクションを使用して、高慣性アプリケーションを効率的に停止します。
まとめ
非同期モーター用のソフトスターターは、さまざまな産業用途で機器とオペレーターを保護するために重要です。示されているように、ソフト スターターの指定は、考慮すべきパラメーターと仕様が多数ある複雑なプロセスになる場合があります。シュナイダーエレクトリックは、コスト重視のアプリケーションから高効率、高可用性、高レベルのサイバーセキュリティの高度な要件に至るまで、さまざまなニーズをサポートできるソフトスターターのファミリーをいくつか提供しています。