วิธีการเลือกและใช้งานคอนแทคเตอร์ไฟฟ้าสำหรับมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับสามเฟสสำหรับงานหนัก

วิศวกรที่ทำงานกับการสวิตซ์แยกวงจรในระดับแรงดันและกระแสไฟฟ้าที่ค่อนข้างสูงโดยใช้สัญญาณไฟฟ้าแรงดันต่ำมักจะเลือกที่จะใช้รีเลย์ สำหรับการสวิตช์แรงดันต่ำแบบดั้งเดิมจะใช้รีเลย์ในสลับไปที่แหล่งจ่ายไฟฟ้าแรงดันสูง โดยรีเลย์ไฟฟ้าเชิงกลแบบหน้าสัมผัส (EMR) จะมีต้นทุนต่ำและสามารถจัดการกับแรงดันไฟฟ้าที่ค่อนข้างสูง ขณะที่โซลิดสเตตรีเลย์ (SSR) ลดการสึกหรอของหน้าสัมผัสและการอาร์ค

อย่างไรก็ตามเมื่อต้องรับมือกับการสวิตช์หลายร้อยโวลต์หลายสิบแอมป์ (และสูงกว่า) ก็เป็นสิ่งที่น่าท้าทายสำหรับรีเลย์ทั้งสองแบบ การอาร์คที่โหลดสูงจะทำให้หน้าสัมผัสของ EMR สึกหรออย่างรวดเร็ว ในขณะที่กระแสไฟรั่วใน SSR จะทำให้เกิดความร้อนสูงเกินไป นักออกแบบจึงต้องการตัวเลือกอื่นสำหรับการใช้งานที่มีความต้องการสูงเหล่านี้

คอนแทคเตอร์ไฟฟ้าเชิงกล (EMC) ที่ไม่ค่อยเป็นที่คุ้นเคยกันสามารถใช้ทดแทนรีเลย์ที่มีความทนทานได้ อุปกรณ์ดังกล่าวเป็นเทคโนโลยีที่ได้รับการพิสูจน์แล้วและหาซื้อได้ง่ายจากซัพพลายเออร์ที่มีชื่อเสียงหลายราย แต่หากไม่มีข้อมูลเชิงลึกโดยละเอียดเกี่ยวกับการทำงานของ EMC กระบวนการเลือกใช้งานจะทำให้เกิดความสับสนในไม่ช้า เนื่องจากมีตัวเลือกมากมาย

บทความนี้อธิบายสั้น ๆ เกี่ยวกับความแตกต่างระหว่างรีเลย์และคอนแทคเตอร์แบบไฟฟ้าเชิงกล วิธีการทำงานของคอนแทคเตอร์ และจะมุ่งเน้นในเรื่องการใช้งานจะส่งผลต่อการเลือกผลิตภัณฑ์ได้อย่างไรซึ่งเป็นก้าวแรกสู่การออกแบบที่ประสบความสำเร็จ โดยจะแสดงตัวเลือกการออกแบบโดยอ้างอิงถึงคอนแทคเตอร์ไฟฟ้ากำลังซีรี่ส์ Siemens SIRIUS 3RT ที่ใช้งานในมอเตอร์ไฟฟ้า IE3

ความแตกต่างระหว่างรีเลย์และคอนแทคเตอร์ไฟฟ้าเชิงกล

เนื่องจากมีกระแสไฟฟ้าอยู่ในวงจรเมื่อวงจรปิด การใช้สวิตช์เพื่อเปิดอุปกรณ์ที่มีกำลังสูง เช่น มอเตอร์สามเฟสขนาดใหญ่ จึงไม่สามารถทำได้ สวิตช์จะเกิดการอาร์คที่เป็นอันตรายเมื่อทำการสวิตช์และจะมีความร้อนในการทำงานสูงเกินไป วิธีแก้ปัญหาคือการใช้วงจรไฟฟ้าที่มีกำลังต่ำไปกระตุ้นให้วงจรที่มีกำลังไฟฟ้าสูงเปิดและปิดวงจรโดยสวิตช์แบบดั้งเดิม ซึ่งเป็นจุดประสงค์ของ EMR

EMR ใช้ขดลวดที่ได้รับพลังงานจากวงจรกำลังต่ำเพื่อสร้างสนามแม่เหล็ก ซึ่งจะส่งแรงกระตุ้นให้กับแกนเคลื่อนที่ได้ซึ่งจะเปิดหรือปิดหน้าสัมผัส (ปกติปิด (NC) หรือปกติเปิด (NO)) EMR สามารถเปลี่ยนโหลด AC หรือ DC ได้ถึงระดับสูงสุด ข้อดีที่สำคัญของ EMR คือใช้ต้นทุนต่ำและรับประกันการแยกวงจรที่แรงดันไฟฟ้าที่ใช้ต่ำกว่าพิกัดไดอิเล็กทริกของอุปกรณ์ (อ่าน "วิธีการใช้โซลิดสเตตรีเลย์สัญญาณรบกวนต่ำแบบพิเศษ เพื่อจำกัดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าและเป็นไปตามมาตรฐานที่สำคัญ")

อย่างไรก็ตามมีข้อจำกัดในกำลังไฟฟ้าที่ EMR สามารถรับได้ ตัวอย่างเช่น เมื่อโหลดเป็นมอเตอร์สามเฟสที่มีกำลังไฟฟ้ามากกว่าสองสามกิโลวัตต์ (kW) การสวิตช์โดยใช้ EMR จะทำให้เกิดอาร์คมากเกินไปและทำให้รีเลย์สึกหรออย่างรวดเร็ว อีกทางเลือกหนึ่งคือการใช้ EMC ซึ่งเป็นรีเลย์อุตสาหกรรมที่ทนทานสำหรับการใช้งานหนัก ออกแบบมาเพื่อการสวิตช์โหลดสูงได้อย่างน่าเชื่อถือหลายสิบล้านรอบ (รูปที่ 1)

รูปที่ 1: คอนแทคเตอร์ไฟฟ้าเชิงกลที่ใช้แทนรีเลย์ในการสวิตชิ่งสำหรับงานหนัก (ที่มาของภาพ: Siemens)

EMC สามารถเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ที่มีความต้องการกระแสไฟสูงได้อย่างปลอดภัย โดยทั่วไป ECR ได้รับการออกแบบให้มีคุณสมบัติในการควบคุมและยับยั้งอาร์คที่จะเกิดขึ้นเมื่อสวิตช์ภายใต้โหลดสูง อุปกรณ์นี้ใช้การทำให้ขดลวดที่ได้รับพลังงาน/แกนเคลื่อนที่ทำงานเช่นเดียวกันกับรีเลย์ และเหมาะกับการใช้งานหน้าสัมผัส NO เป็นอย่างยิ่ง แม้ว่าจะมีหน้าสัมผัส NC ให้ใช้งานก็ตาม หน้าสัมผัส NO ทำให้มั่นใจได้ว่าเมื่อถอดสายไฟที่ส่งไปยัง EMC แล้ว หน้าสัมผัสจะเปิด ซึ่งเป็นการตัดการจ่ายไฟไปยังอุปกรณ์ที่ใช้กระแสไฟฟ้าสูง อุปกรณ์นี้มีหน้าสัมผัสหนึ่งคู่หรือหลายคู่หรือที่เรียกว่าโพล

การเลือก EMC

ในการตัดสินใจเลือกใช้งาน EMC แทน EMR ค่อนข้างจะเป็นเรื่องที่ตรงไปตรงมา แม้ว่า EMC จะมีราคาแพงกว่า แต่ก็เป็นตัวเลือกเดียวสำหรับการใช้งานในโหลดสูง เมื่อพิจารณาแล้วว่าจำเป็นต้องใช้ EMC การเลือก EMC ให้เหมาะกับการใช้งานมากที่สุดจะเป็นสิ่งที่ยากขึ้น จุดเริ่มต้นที่ดีที่สุดคือการกำหนดความต้องการกระแสโหลดสูงสุด (เรียกอีกอย่างว่าค่ากระแสเต็มพิกัด (FLA)) ที่แรงดันไฟฟ้าทำงาน ซึ่งจะเป็นการกำหนดความจุโหลดกระแสไฟฟ้าของคอนแทคเตอร์ที่ต้องการ

ตัวอย่างเช่น ในกรณีของมอเตอร์สามเฟส ผู้ผลิตมักจะระบุแรงดันไฟฟ้าทำงานและ FLA ในเอกสารข้อมูล แต่ถ้าไม่มีข้อมูลดังกล่าว วิศวกรก็สามารถอ้างอิงถึงแหล่งข้อมูลต่าง ๆ เช่น ตารางมาตรฐาน National Electrical Code (NEC) ของสหรัฐฯ ซึ่งมีรายละเอียด FLA สำหรับมอเตอร์สามเฟสที่มีค่ากำลังไฟฟ้าที่ได้ในการใช้งานจริงและแรงดันไฟฟ้าขาเข้า จัดประเภทมอเตอร์ตามการจำแนกประเภทมอเตอร์ของ International Electrotechnical Commission (IEC) ตัวอย่างเช่น มอเตอร์สามเฟสขนาด 375 วัตต์ที่มีแรงดันไฟทำงาน 110 โวลต์มี FLA ที่ 4.4 แอมแปร์ (A) และมอเตอร์ขนาด 1.1 กิโลวัตต์ที่มีแรงดันไฟทำงาน 220 โวลต์มี FLA ที่ 6 แอมแปร์

ต่อมาวิศวกรจะต้องกำหนดแรงดันควบคุมที่จำเป็นสำหรับ EMC ค่านี้อาจเป็นแรงดันไฟฟ้าเดียวกับที่ใช้จ่ายให้กับมอเตอร์ แต่มักใช้แรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่าเพื่อความปลอดภัย แรงดันไฟฟ้าควบคุม EMC มักจะต่ำกว่า 250 โวลต์กระแสสลับเสมอ

ควรพิจารณาถึงประสิทธิภาพของมอเตอร์ในการใช้งาน ตัวอย่างเช่น การใช้งานที่แตกต่างกันสองแบบอาจใช้มอเตอร์สามเฟสที่มีข้อกำหนดเหมือนกัน แต่การใช้งานที่ต้องเปิดหรือปิดมอเตอร์นาน ๆ ครั้งจะต้องใช้ EMC ที่แตกต่างจากการใช้งานที่ต้องเปิดและปิดบ่อย ๆ ซึ่งการใช้งานอย่างหลังจะต้องรับโหลดกระแสไฟฟ้าซ้ำ ๆ และจะต้องใช้ผลิตภัณฑ์ที่แข็งแกร่งกว่า

ประเภทของการใช้งาน IEC หรือ 'รหัส' เป็นแนวทางที่ดีในการเลือก EMC ที่ถูกต้องสำหรับการใช้งานที่กำหนด ตัวอย่างเช่น หาก EMC มีรหัส "AC-3" จะเหมาะกับมอเตอร์ไฟฟ้าแบบ 'โรเตอร์กรงกระรอก' (มอเตอร์เหนี่ยวนำไฟฟ้าทั่วไป) ที่มีการใช้งานที่มีการเปิดและปิดมอเตอร์เป็นประจำ ในขณะที่รหัส "AC-20" เหมาะสำหรับการเชื่อมต่อและตัดการเชื่อมต่อโหลดภายใต้สภาวะกระแสไฟเป็นศูนย์ แม้ว่า EMC ที่ระบุรหัส IEC ไม่ถูกต้องอาจสามารถทำงานในการใช้งานที่ต้องการ แต่มีแนวโน้มว่าจะมีอายุการใช้งานที่สั้นกว่า EMC ที่ระบุรหัสอย่างถูกต้อง

รหัส IEC ยังมีประโยชน์ในการพิจารณาประเภทของโหลดว่าเป็นแบบความต้านทานหรือแบบเหนี่ยวนำ ซึ่งมีอิทธิพลอย่างมากต่อการเลือก EMC ตัวอย่างเช่น มอเตอร์ไฟฟ้าเป็นโหลดเหนี่ยวนำ ในขณะที่ฮีตเตอร์เป็นแบบความต้านทาน

ควรพิจารณาด้วยว่า EMC ตัวเดียวอาจต้องใช้กี่โพล และควรเป็น NO หรือ NC ตัวอย่างเช่น การใช้งานอาจต้องใช้คอนแทคเตอร์แบบ NO สามโพลสำหรับมอเตอร์ไฟฟ้าแต่ละเฟส และ NC คู่เพิ่มเติมสำหรับไฟ LED เพื่อระบุว่ามอเตอร์ได้รับพลังงานแต่ไม่มีการหมุน

นอกจากนี้เนื่องจาก EMC มักจะมีแรงดันและกระแสไฟฟ้าที่ค่อนข้างสูง จึงเป็นสิ่งสำคัญเช่นกันที่จะต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าระดับการแยกของอุปกรณ์นั้นตรงตามเกณฑ์ความปลอดภัยการใช้งานทั้งหมด

เนื่องจากมอเตอร์ใช้พลังงานไฟฟ้าในสัดส่วนที่มีนัยสำคัญ สหรัฐอเมริกาและสหภาพยุโรปจึงได้ออกกฎหมายเพื่อให้แน่ใจว่ามอเตอร์จะทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากที่สุด ระดับประสิทธิภาพการใช้พลังงานของสหภาพยุโรปแสดงอยู่ในคลาสประสิทธิภาพของ International Energy (IE) (รูปที่ 2) ภายใต้ข้อบังคับปัจจุบัน มอเตอร์ต้องมีระดับ IE2 (ประสิทธิภาพระดับสูง) IE3 (ประสิทธิภาพระดับพรีเมียม) หรือ IE4 (ประสิทธิภาพระดับพรีเมียมขั้นสูง) ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับกำลังไฟพิกัดและคุณลักษณะอื่น ๆ EMC มีผลต่อประสิทธิภาพของมอเตอร์ไฟฟ้า ดังนั้นหากระบบควบคุมกำหนดให้ใช้งานในสหภาพยุโรป สิ่งสำคัญคือต้องออกแบบระบบควบคุมให้อยู่ในระดับประสิทธิภาพ IE ที่เหมาะสม ในสหรัฐอเมริกามอเตอร์ต้องเป็นไปตามโปรแกรมประสิทธิภาพระดับพรีเมียมของ National Electrical Manufacturers Association (NEMA) ซึ่งจำเป็นต้องปฏิบัติตามมาตรฐานเช่นเดียวกับที่ระบุไว้สำหรับ IE3 โดยข้อกำหนดในออสเตรเลียมีความคล้ายคลึงกับข้อกำหนดในสหรัฐอเมริกา

รูปที่ 2: ข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพของ IE สำหรับมอเตอร์ไฟฟ้าแสดงให้เห็นถึงการเพิ่มขึ้นของประสิทธิภาพในมอเตอร์กำลังต่ำ: ไม่อนุญาตให้ใช้มอเตอร์ IE1 และ IE2 ภายใต้ข้อบังคับของสหรัฐอเมริกาและสหภาพยุโรปอีกต่อไป (ที่มาของภาพ: Siemens)

ผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์

มี EMC คุณภาพสูงมากมายสำหรับการใช้งานโหลดสูงเกือบทุกแบบ ตัวอย่างเช่น EMC กลุ่ม Sirius 3RT2 ของ Siemens แสดงให้เห็นถึงความสามารถของผลิตภัณฑ์ร่วมสมัยสำหรับการสวิตช์มอเตอร์ไฟฟ้าและการใช้งานอื่น ๆ อุปกรณ์ดังกล่าวได้รับการออกแบบให้มีความน่าเชื่อถือสูงในการปฏิบัติงาน ความน่าเชื่อถือของหน้าสัมผัสสูง การทำงานที่อุณหภูมิสูงขึ้น และอายุการใช้งานที่ยาวนาน คอนแทคเตอร์ไฟฟ้ากำลังเหล่านี้สามารถใช้ได้ที่อุณหภูมิสูงถึง 60°C โดยไม่ลดทอนค่าพิกัด แม้จะติดตั้งใกล้กัน ซึ่งรวมถึง EMC ที่ใช้งานสำหรับการทำงาน AC-1 (โหลดแบบไม่เหนี่ยวนำหรือเหนี่ยวนำเล็กน้อย เช่น เครื่องทำความร้อน), AC-3 (มอเตอร์ไฟฟ้ากรงกระรอกที่สวิตช์บ่อย) และ AC-4 (มอเตอร์ไฟฟ้ากรงกระรอกแบบ Starting, Plugging, Inching) ผลิตภัณฑ์ SIRIUS 3RT2 ทั้งหมดได้รับการออกแบบสำหรับการทำงานของมอเตอร์ IE3 และ IE4

3RT20152AP611AA0 จากกลุ่มผลิตภัณฑ์ SIRIUS 3RT2 เป็น EMC แบบหน้าสัมผัส NO สามโพลที่มีคอนแทคเตอร์ขนาด S00 สำหรับการใช้งาน AC-3 แรงดันไฟฟ้าควบคุมกระแสสลับที่ 220 ถึง 240 โวลต์ มีแรงดันเอาต์พุต 400 หรือ 690 โวลต์ และกระแสไฟสูงสุด 7 แอมป์ที่ 400 โวลต์หรือ 4.9 แอมป์ที่ 690 โวลต์ สำหรับกำลังไฟใช้งานจริงสูงสุด3 กิโลวัตต์ที่ 400 โวลต์หรือ 4 กิโลวัตต์ที่ 690 โวลต์ หน้าสัมผัสใช้เวลาปิดน้อยกว่า 35 มิลลิวินาที (ms) และเปิดโดยใช้เวลาน้อยกว่า 14 มิลลิวินาที มีความถี่สวิตชิ่งสูงสุดภายใต้โหลด 750 รอบต่อชั่วโมง อายุการใช้งาน 30 ล้านรอบโดยมีอัตราการเสีย 1 ต่อ 100 ล้าน เมื่อใช้ EMC นี้ FLA ของมอเตอร์สามเฟสที่ต่อเข้าด้วยกันมีค่า 4.8 แอมป์สำหรับมอเตอร์พิกัด 480 โวลต์ และ 6.1 แอมป์สำหรับมอเตอร์พิกัด 600 โวลต์ ที่เพียงพอต่อการจ่ายไฟให้กับมอเตอร์ขนาด 2.2 กิโลวัตต์ (480 โวลต์) หรือมอเตอร์ขนาด 3.7 กิโลวัตต์ (600 โวลต์) (ภาพที่ 3)

รูปที่ 3: 3RT20152AP611AA0 EMR มี NO สามโพล เป็นรูปแบบที่เหมาะสมสำหรับการสวิตช์มอเตอร์สามเฟส (ที่มาของภาพ: Siemens)

ผลิตภัณฑ์อีกตัวหนึ่งของ SIRIUS คือ 3RT20261AP60 ซึ่งเป็น EMC แบบหน้าสัมผัส NO สามโพลและมีรหัสการใช้งาน AC-3 แต่มีคอนแทคเตอร์ขนาด S0 แรงดันไฟฟ้าควบคุมกระแสสลับที่ 220 ถึง 240 โวลต์ อุปกรณ์นี้มีแรงดันเอาต์พุต 400 หรือ 690 โวลต์ และกระแสไฟสูงสุด 25 แอมป์ที่ 400 โวลต์ หรือ 13 แอมป์ที่ 690 โวลต์ สำหรับกำลังไฟสูงสุด 11 กิโลวัตต์ที่แรงดันเอาต์พุตทั้งสอง FLA สำหรับมอเตอร์สามเฟสที่ต่อเข้าด้วยกันคือ 21 แอมป์สำหรับมอเตอร์พิกัด 480 โวลต์ และ 22 แอมป์สำหรับมอเตอร์พิกัด 600 โวลต์ ซึ่งเพียงพอสำหรับการจ่ายไฟให้กับมอเตอร์ขนาด 11.2 กิโลวัตต์ (480 โวลต์) หรือมอเตอร์ขนาด 14.9 กิโลวัตต์ (600 โวลต์)

Siemens SIRIUS 3RT2 EMC เหมาะสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย แต่ได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับการสวิตช์มอเตอร์ที่สอดคล้องกับประสิทธิภาพระดับพรีเมียม IE3 หรือ NEMA ส่วนหนึ่งของการปฏิบัติตามข้อกำหนดนี้กำหนดให้ EMC เป็นส่วนที่มีประสิทธิภาพของระบบควบคุมมอเตอร์ เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดนี้ EMC จึงได้รับการออกแบบด้วยคุณสมบัติต่างๆ เช่น แม่เหล็กถาวร เพื่อลดการใช้พลังงานของคอยล์และการควบคุมคอยล์อิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งช่วยลดกำลังยึด (ใช้เพื่อปิดคอนแทคเตอร์) ให้เหลือน้อยที่สุด การสูญเสียพลังงานที่แท้จริงของ EMC ลดลง 92% เมื่อเทียบกับอุปกรณ์รุ่นก่อน

ตัวอย่างเช่น คอนแทคเตอร์ไฟฟ้ากำลัง 3RT20171BB41 สามารถเปลี่ยนมอเตอร์สามเฟส 2.2 กิโลวัตต์เป็น 7.5 กิโลวัตต์ ขึ้นอยู่กับแรงดันไฟขาออกของ EMC มีการสูญเสีย 1.2 วัตต์ต่อโพล โดยมีการสูญเสียโดยรวม 3.6 วัตต์เมื่อจ่ายกำลังเต็มที่ให้กับมอเตอร์ไฟฟ้า

การใช้ EMC เพื่อสตาร์ทมอเตอร์ IE3

ระบบขับเคลื่อนของมอเตอร์ประกอบด้วยส่วนประกอบหลายอย่างเพื่อให้มั่นใจถึงการทำงานที่ปลอดภัยและเชื่อถือได้ ตัวอย่างเช่น การติดตั้งที่ครอบคลุมอาจประกอบด้วยส่วนประกอบต่อไปนี้:

• อุปกรณ์ป้องกัน (เช่น ตัวปกป้องมอเตอร์สตาร์ทและ/หรือรีเลย์โอเวอร์โหลด)
• หน่วยสตาร์ท (เช่น EMC)
• ตัวควบคุม (เช่น ระบบจัดการมอเตอร์)
• หน่วยควบคุม (เช่น ตัวแปลงความถี่)
• มอเตอร์ไฟฟ้า
• ชุดเกียร์
• การเดินสายไฟ
• เครื่องยนต์ขับเคลื่อน

SIRIUS 3RT2 EMC ได้รับการออกแบบให้เป็นอุปกรณ์แบบโมดูลาร์ที่ยึดเข้ากับราง DIN (หรือขันยึดติด) ร่วมกับส่วนประกอบอื่น ๆ โดย EMC ได้รับการออกแบบมาให้เหมาะกับโมดูลอื่น ๆ เพื่อสร้างส่วนควบคุมของชุดขับเคลื่อนมอเตอร์ที่ต้องการ (รูปที่ 4) การออกแบบโมดูลาร์ช่วยจำกัดปริมาณการเดินสายที่ต้องใช้ในตู้ไฟฟ้า และการเชื่อมต่อจะทำผ่านหน้าสัมผัสแบบสปริง ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องใช้เครื่องมือพิเศษใด ๆ

รูปที่ 4: ซีรีส์ SIRIUS 3RT2 เป็นอุปกรณ์โมดูลาร์ทำให้ง่ายต่อการติดตั้งระบบควบคุมมอเตอร์ 3RT20171BB41 EMR ซึ่งสวิตช์ด้วยสัญญาณไฟฟ้ากระแสตรง 24 โวลต์ ใช้กับอุปกรณ์ป้องกันและรีเลย์โอเวอร์โหลดเพื่อควบคุมมอเตอร์สายพานลำเลียง (ที่มาของภาพ: Siemens)

EMC ที่ได้รับการคัดเลือกมาอย่างดีจะกลายเป็นองค์ประกอบแบบ Plug and play ของระบบควบคุม ซึ่งคอนแทคเตอร์ไฟฟ้ากำลัง 3RT2 ได้รับการปรับให้เหมาะสมกับการสวิตช์มอเตอร์ไฟฟ้า IE3 ในช่วง 1 ถึง 15 kW และสามารถใช้งานได้โดยไม่มีข้อจำกัดเพิ่มเติมสำหรับสตาร์ทมอเตอร์แบบไดเร็กออนไลน์และแบบย้อนกลับ อย่างไรก็ตามเมื่อใช้ 3RT2 EMC จะมีข้อควรพิจารณาในการออกแบบที่สำคัญบางประการสำหรับวิศวกรที่คุ้นเคยกับมอเตอร์ไฟฟ้า IE2 มากกว่าประเภท IE3 ลักษณะเฉพาะที่ส่งผลต่อการออกแบบระบบควบคุมสำหรับมอเตอร์ IE3 ได้แก่ กระแสพิกัดต่ำกว่า อัตราส่วนกระแสที่ใช้ในการสตาร์ทเพิ่มขึ้น และกระแสพุ่งเข้าที่เพิ่มขึ้น (รูปที่ 5)

รูปที่ 5: กระแสพุ่งเข้า กระแสที่ใช้ในการสตาร์ท และกระแสพิกัดของมอเตอร์ที่กำหนดเป็นพารามิเตอร์หลักที่ควรพิจารณาเมื่อเลือก EMC สำหรับมอเตอร์กระแสสลับสามเฟส (ที่มาของภาพ: Siemens)

หลักสำคัญในการเพิ่มประสิทธิภาพของมอเตอร์ไฟฟ้า IE3 คือกระแสพิกัดต่ำกว่าของมอเตอร์ อย่างไรก็ตาม IE3 ไม่ได้ระบุถึงการเพิ่มประสิทธิภาพเชิงเส้นตามกำลังของมอเตอร์ไฟฟ้า แต่ต้องใช้ประสิทธิภาพของมอเตอร์ไฟฟ้ากำลังต่ำเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพให้มากกว่าหน่วยจ่ายไฟที่สูงกว่าเมื่อเทียบกับประเภท IE2 (ดูรูปที่ 2 ด้านบน) หมายความว่าสำหรับมอเตอร์ไฟฟ้ากำลังต่ำ กระแสพิกัดของมอเตอร์ลดลงอย่างมากเมื่อเทียบกับประเภท IE2 โปรดทราบว่ากำลังไฟฟ้ายังคงเหมือนเดิมจากการเพิ่มแรงดันไฟฟ้าทำงาน

อีกด้านหนึ่งของพิกัดกระแสที่ลดลงคือการเพิ่มขึ้นของอัตราส่วนกระแสที่ใช้ในการสตาร์ท (กระแสที่ใช้ในการสตาร์ท/กระแสพิกัด) สำหรับมอเตอร์ที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้น เนื่องจากความแตกต่างของกระแสที่ใช้ในการสตาร์ทระหว่างมอเตอร์ IE2 และ IE3 ที่มีกำลังเท่ากันนั้นไม่เด่นชัดเหมือนกระแสไฟฟ้าพิกัด แม้ว่ากระแสที่ใช้ในการสตาร์ทของมอเตอร์ IE3 จะต่ำกว่า สำหรับมอเตอร์ที่ประสิทธิภาพด้านกำลังไฟฟ้าต่ำกว่า อัตราส่วนกระแสที่ใช้ในการสตาร์ทจะสูงกว่าอัตราส่วนของมอเตอร์ที่มีกำลังสูงกว่า

ผลกระทบของอัตราส่วนกระแสที่ใช้ในการสตาร์ทที่เพิ่มขึ้นคือการเพิ่มขึ้นของกระแสพุ่งเข้า กระแสพุ่งเข้าเป็นการชดเชยแบบไดนามิก โดยพื้นฐานแล้วเป็นผลมาจากปัจจัยต่าง ๆ เช่น การเชื่อมต่อของโหลดเหนี่ยวนำ (เช่น มอเตอร์) และกระแสไดนามิกชั่วคราวและเอฟเฟกต์ความอิ่มตัวในแกนเคลือบของมอเตอร์ กระแสไฟพุ่งเข้าที่อาจสูงกว่า FLA ถึงห้าเท่า อาจทำให้มอเตอร์และระบบอื่น ๆ เสียหายได้ (ภาพที่ 6)

รูปที่ 6: กระแสไฟพุ่งเข้าจะสูงขึ้นในมอเตอร์ที่มีประสิทธิภาพมากกว่า และจะมีค่ามากกว่าในหน่วยกำลังที่ต่ำกว่า การออกแบบระบบควบคุมที่เหมาะสมสามารถลดผลกระทบได้ (ที่มาของภาพ: Siemens)

เมื่อใช้ร่วมกับส่วนประกอบควบคุมแบบโมดูลาร์อื่น ๆ 3RT2 EMC สามารถใช้ในระบบสตาร์ทแบบ Wye-delta (“YΔ”) เพื่อจำกัดกระแสพุ่งเข้า เมื่อสตาร์ทมอเตอร์โดยใช้แรงดันเต็มที่ระหว่างสายบนขดลวด Y ของยูนิต ประมาณ 58% ของแรงดันไฟในสายจะไปถึงมอเตอร์แต่ละเฟส โดยลดกระแสไฟและทำให้กระแสพุ่งเข้าสูงสุดลดลง เมื่อความเร็วมอเตอร์ถึงความเร็วพิกัด การทำงานจะเปลี่ยนเป็นโหมด Δ ซึ่งเป็นเวลาที่แรงดันเต็มที่ (โดยไม่มีอันตรายจากกระแสพุ่งเข้า) ในแต่ละเฟส และมอเตอร์สามารถผลิตกำลังได้เต็มที่

รูปแบบนี้จะต้องมีโอเวอร์โหลดรีเลย์ซึ่งติดตั้งโดยตรงในสายป้อนมอเตอร์ U1, V1, W1 (รูปที่ 7) ซึ่งทำให้มั่นใจได้ว่าการป้องกันโอเวอร์โหลดนั้นใช้ได้ใน EMC ทั้งสามตัว การใช้งานเต็มรูปแบบต้องใช้รีเลย์และ 3RT2 EMC สามตัว

รูปที่ 7: วงจร YΔ ที่ประกอบด้วยรีเลย์โอเวอร์โหลดในสายไฟเข้ามอเตอร์และ EMC สามตัวเพื่อสลับพลังงานระหว่างการสตาร์ทมอเตอร์ (ที่มาของภาพ: Siemens)

ในการทำงาน ส่วน Y จะถูกกระตุ้นโดยการปิด EMC ของ K1 และ K3 หลังจากเวลาที่ตั้งไว้ล่วงหน้า (ประมาณ 80% ของความเร็วเต็มที่ของมอเตอร์) ตัวจับเวลาจะกระตุ้น K3 เพื่อเปิดและ K2 เพื่อปิด และเริ่มต้นส่วนเดลต้าเพื่อให้กำลังไฟฟ้ากับมอเตอร์อย่างเต็มที่

บทสรุป

เมื่อการสวิตช์โหลดกำลังสูง เช่น มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับสามเฟส EMC เป็นตัวเลือกที่แนะนำแทนที่ EMR EMC ได้รับการออกแบบมาเพื่อการสวิตช์ที่มีความน่าเชื่อถือสูงในการทำงานหลายสิบล้านครั้ง อุปกรณ์นี้ใช้ได้กับเอาต์พุตมอเตอร์ที่หลากหลายตั้งแต่ไม่กี่กิโลวัตต์ถึงหลายร้อยกิโลวัตต์

ดังที่แสดงไว้ข้างต้น Siemens SIRIUS 3RT2 EMC เหมาะสำหรับการสวิตช์มอเตอร์กระแสสลับสามเฟสตั้งแต่ 2 ถึง 25 kW และการออกแบบโมดูลาร์ช่วยให้ติดตั้งในระบบควบคุมได้ง่าย แม้ว่า SIRIUS EMC จะติดตั้งค่อนข้างง่าย แต่ต้องใช้ความระมัดระวังในการใช้งานระบบควบคุมเพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหายของมอเตอร์จากกระแสไฟพุ่งเข้าที่มากเกินไป