Guida al motorino di avviamento DOL: cablaggio, valori di corrente e selezione del relè di controllo

Una pompa da pozzo da 7,5 kW fa scattare l'interruttore dell'alimentatore per la terza volta questo mese. Gli avvolgimenti funzionano bene, l'isolamento risulta pulito e la corrente a vuoto si trova dove dovrebbe. Il guasto è nel pannello di avviamento: un contattore sottodimensionato, un sovraccarico troppo ridotto o una disposizione in linea diretta applicata a un carico che non avrebbe mai dovuto averne uno.

Per la maggior parte dei motori trifase a gabbia di scoiattolo tra 0,37 kW e 15 kW, un circuito del motorino di avviamento DOL è ancora la risposta più semplice, economica e conveniente, a condizione che siano rispettate due condizioni. L'alimentazione deve essere in grado di assorbire lo spunto senza trascinare la tensione ai terminali al di sotto della soglia di mantenimento del contattore e il carico condotto deve tollerare un avvio brusco e incontrollato. Tutto quanto riportato di seguito riguarda il test di queste due condizioni prima di ordinare le parti.

Cosa fa un DOL Starter nei primi due secondi

Un avviatore diretto fa esattamente una cosa: applica la piena tensione di linea allo statore attraverso un contattore. Non esiste uno stadio di tensione ridotto, nessuna presa del trasformatore, nessuna rampa a semiconduttore. Nell'istante in cui la bobina si eccita, i terminali del motore vedono 380 V o 415 V e il rotore accelera alla velocità consentita dall'inerzia del carico.

Questo non è un difetto. Al momento della commutazione lo scorrimento è pari a uno e il rotore a gabbia si comporta come il secondario di un trasformatore cortocircuitato. La corrente è corrispondentemente grande. Un motore con classificazione IEC assorbe tipicamente una corrente a rotore bloccato da sei a otto volte la corrente a pieno carico, con un fattore di potenza vicino a 0,3, il che significa che la maggior parte di tale picco è reattivo e provoca danni reali alla tensione di linea piuttosto che al motore stesso.

Il lato della coppia dell’equazione è più amichevole. A piena tensione la coppia di avviamento di solito è compresa tra 1,5 e 2,5 volte la coppia a pieno carico, a seconda del design del rotore. Questo è il mestiere che fa un avviatore DOL: coppia generosa, corrente punitiva.

In pratica, ciò significa che un avviatore diretto in linea è la scelta giusta quando l'alimentazione può sopportare l'impennata e il carico non necessita di una rampa graduale. È una chiamata sbagliata quando entrambe sono false, ed è un lancio di moneta quando solo una lo è.

All'interno del pannello: quali parti si guastano per prime

La maggior parte dei guasti DOL non raggiungono mai il motore. Un componente si arrende per primo e porta con sé un circuito vicino.

• Contattore: accende e spegne il motore a piena tensione. Classificato per servizio AC-3, con capacità di corrente di contatto che copre sia la corrente di avviamento che quella di funzionamento.
• Relè di sovraccarico termico: scatta in caso di eccesso di corrente prolungato, non in caso di normale spunto di avviamento. La sua classe di viaggio decide quanti secondi di sei volte la corrente tollererà.
• MCB o fusibile: gestisce la protezione da cortocircuito, che è un lavoro diverso dalla protezione da sovraccarico. Il coordinamento tra i due è il controllo più spesso mancato.
• Pulsanti di avvio e arresto: componenti economici con il più alto numero di commutazioni e i primi ad ossidarsi in ambienti polverosi o umidi.
• Relè di controllo: interfaccia segnali remoti, timer e interblocchi alla bobina del contattore. Man mano che i pannelli crescono, è qui che si concentrano i guasti intermittenti.

Il circuito di controllo è la metà sottovalutata di un motorino di avviamento. Un piccolo relè intermedio o a relè elettromagnetico per uso generale consente a un cavo di controllo sottile di azionare una bobina di contattore pesante e i contatti del relè sopportano l'usura della commutazione al posto della bobina.

La tensione della bobina, la potenza dei contatti e se il relè offre una leva di test manuale sono tutti fattori più importanti del titolo della scheda tecnica. Nei quadri con più motori, i moduli montati su guida DIN eliminano la necessità di cablare le singole basi relè e rendono la sostituzione un lavoro di dieci secondi.

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La tabella seguente riassume ciò che viene effettivamente chiesto di fare a ciascuna parte e dove tende ad andare storto.

Quanta corrente attira davvero un avvio DOL

Il grafico seguente mette a confronto il multiplo di spunto di quattro metodi di avviamento comuni sulla stessa scala, in modo che il divario tra un avviamento diretto in linea e una rampa controllata sia visibile a colpo d'occhio.

Le lunghezze delle barre sono disegnate su un'unica scala comune, quindi una barra 6.0x è effettivamente tre volte la lunghezza di una barra 2.0x piuttosto che un'impressione stilizzata. Un avviamento diretto in linea su un motore da 11 kW a 415 V significa circa 130 A che fluiscono per il primo o due secondi, sufficienti per l'illuminazione tremolante sullo stesso quadro di distribuzione. Stella-triangolo riduce il valore a circa un terzo alimentando ciascun avvolgimento al 58% della tensione di linea durante la fase di avvio. Un soft starter ottiene una riduzione simile attraverso il controllo dell'angolo di fase, arrivando a circa la metà della piena tensione di spunto. Un convertitore di frequenza a frequenza variabile limita la corrente più duramente di tutti, mantenendola vicino a 1,5 volte la corrente di esercizio, ma la coppia disponibile a bassa frequenza è corrispondentemente modesta. La conseguenza pratica è che la scelta non riguarda mai esclusivamente la potenza di spunto, perché ogni riduzione di corrente viene pagata con una coppia di spunto ridotta e un costo hardware aggiuntivo.

Il profilo attuale che la tua protezione vede effettivamente

I multipli di spunto descrivono un singolo istante. Il relè di sovraccarico risponde alla forma dell'intero avviamento, motivo per cui una curva corrente rispetto al tempo è uno strumento di progettazione più utile di un singolo numero.

La curva continua mostra cosa succede quando la piena tensione arriva allo statore in un unico passaggio, mentre la curva tratteggiata mostra lo stesso motore avviato tramite una disposizione stella-triangolo. La traccia diretta in linea salta quasi verticalmente fino a sei volte la corrente corrente, quindi decade dolcemente quando lo scorrimento cade e il rotore raggiunge il campo rotante. La traccia stella-triangolo mantiene un plateau piatto vicino a due volte la corrente per i primi tre secondi, poi raggiunge un picco di quasi 5,8 volte al momento della transizione da stella a delta. Quel picco di transizione è la parte che la maggior parte delle persone dimentica, ed è dove si verificherà un sovraccarico termico marginale anche se l’avvio iniziale sembrava confortevole. La banda orizzontale compresa tra circa due e sei volte la corrente, mantenuta per otto o dieci secondi, è la finestra di progettazione per cui un sovraccarico di classe 10 è costruito per sopravvivere. Quando l'accelerazione impiega più tempo di quella finestra, perché il carico ha un'inerzia elevata o l'alimentazione è debole, su questa interverrà la stessa impostazione del relè che funzionava sulla macchina precedente.

Regole di dimensionamento e carichi che le infrangono

La potenza nominale del motore è il punto di partenza per il dimensionamento, non la risposta. La tabella seguente riflette ciò che un'alimentazione a 415 V può ragionevolmente supportare con un avviamento diretto in linea, presupponendo un trasformatore di capacità adeguata e un tratto di alimentazione di lunghezza ordinaria.

La disponibilità della coppia decide quindi se il lato elettrico è rilevante. Il grafico seguente normalizza la coppia di avviamento per un avviamento a piena tensione, quindi una barra su 100 significa che il motore produce esattamente ciò che produrrebbe su tutta la linea.

La coppia diminuisce con il quadrato della tensione applicata, motivo per cui l'avviamento a tensione ridotta costa uno sforzo di trazione maggiore di quanto ci si aspetta. Stella-triangolo fornisce solo circa un terzo della coppia a piena tensione, un valore adatto alle pompe e ai ventilatori centrifughi poiché la coppia di carico stessa aumenta con il quadrato della velocità. Cade a pezzi su pompe volumetriche, compressori a vite e trasportatori a pieno carico, dove il carico richiede una coppia quasi completa a velocità zero. Un soft starter impostato per limitare la corrente in modo aggressivo si comporta allo stesso modo, scambiando l'accelerazione con una domanda di picco inferiore. L'avviamento dell'autotrasformatore si colloca tra i due, fornendo circa il 42% della coppia massima alla pressione del 65%, aggiungendo costi e volume del pannello. Quando un carico necessita veramente della piena coppia di spunto e l'alimentazione non riesce ancora a sopportare lo spunto, la risposta onesta è solitamente un convertitore di frequenza, non una disposizione più intelligente di contattori.

Abbinamento del metodo di avvio al carico

La sola potenza nominale del motore non seleziona un avviatore. Il confronto riportato di seguito assegna punteggi a quattro metodi in base ai criteri che guidano effettivamente le decisioni del panel, dove un punteggio più alto indica prestazioni migliori in quella dimensione.

Il poligono rosso appartiene ad un avviatore diretto on line ed è la forma più sbilanciata sul grafico. Si classifica ai massimi livelli in termini di costo iniziale, semplicità di cablaggio, coppia di avviamento e facilità di manutenzione, poiché un contattore e un relè di sovraccarico non contengono quasi nulla che possa essere configurato in modo errato. Ha un punteggio vicino al fondo per il controllo dello spunto e quell'unica debolezza è ciò che lo squalifica su forniture deboli e motori di grandi dimensioni. La forma blu stella-triangolo è più equilibrata ma non raggiunge mai la parte superiore su nessun asse e aggiunge tre contattori più un timer al pannello. L'avviatore statico color ambra è più potente nel controllo dello spunto, rinunciando a coppia e semplicità. Il convertitore di frequenza verde vince sul controllo dello spunto e corrisponde alla coppia diretta in linea, ma è il più costoso e il più impegnativo da mantenere. Leggendo il grafico nel suo insieme, il direct on line vince laddove le forniture sono scarse, ed esiste ogni altro metodo per correggere una debolezza specifica piuttosto che per essere migliori in generale.

Errori comuni che accorciano la vita iniziale

1. Impostazione del sovraccarico termico alla corrente di targa senza tenere conto della temperatura ambiente del pannello. In una stanza in funzione a 55 gradi Celsius, lo stesso relè scatterà presto e l'operatore continuerà a ripristinarlo.
2. Selezione di un contattore con classificazione AC-1 anziché AC-3. L'interruzione induttiva del circuito di un motore erode i contatti molto più velocemente della commutazione di un carico resistivo alla stessa corrente.
3. Montaggio di una bobina di controllo da 230 V e alimentazione da un circuito di controllo da 400 V. La bobina si brucia e la sostituzione arriva solitamente dopo che la linea di produzione è stata fermata per un turno.
4. Superare i sei avviamenti all'ora senza declassamento. Sia i contattori che i relè di sovraccarico accumulano fatica termica e il guasto si verifica mesi dopo anziché immediatamente.
5. Messa in servizio di un avviatore diretto in linea senza verificare la capacità del trasformatore e la lunghezza dell'alimentatore. Se la tensione sui terminali scende al di sotto di circa l'85% durante l'avvio, il contattore può staccarsi a metà accelerazione e richiudersi in un motore che sta ancora girando.

L’ordine delle taglie conta più della scelta del marchio. Calcolare la corrente di avviamento che l'alimentatore può accettare, confermare la coppia di carico che il metodo fornirà e solo allora scegliere il contattore, il relè di sovraccarico e il relè di controllo adatti a tale decisione. Quella fase di corrispondenza dei parametri è quella in cui quasi tre decenni di esperienza nella produzione di relè, descritti nel nostro circa la pagina , è stato costruito. Un avviatore diretto in linea abbinato al proprio motore è il controllo motore più economico e affidabile disponibile. Una che non lo fa è semplicemente una macchina per bruciare i contatti.

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