Introduction To Motor Controllers And Motor Control Centers, Part 1

VePi Newsletters The Electrical Power Systems Division Centers section

The Motor Controllers & motor Control Number: 1

The major components of low voltage motor control centers:  They come in various configurations. Their main purpose is to control & provide protection to motors  & connecting cables. The basic construction (fig. 2.15) consists of an enclosure 90" heigh with widths  & depths varying to accomodate the different components & devices packed into the enclosure. Such  enclosures have: the 3­phase horizontal main bus, the risers, the barriers, the main incoming  compartment (that would accomodate the lugs, the main switch or the main breaker), the different  compartments, backplates & front compartment doors. The number of compartments per cubicle varies  with the size if starters installed, the maximum is 6 or 7 (function of th design) & the minimum is 1.  Motor control centers (MCCs) can be built back to back. The starters include in the MCCs may be  wired according to any of the following standard designations: EEMAC class I type A (no terminal  blocks), class I type B (control wiring are brought to terminals in the starters unit), class I type C (no  starter interwiring with control & load wiring are brought out to terminals at top or bottom of each  section ­ cubicle­ or to a master control section), class II type B (the control wires from each starter are  brought to terminals in each unit with interlocking & interwiring between line­up units connected) and  class II type C (all wiring is brought to a master terminals section as class I type C with interlocking &  starters interwiring connected) Contactors major elements: A contactor is a 2­state device for repeatedly establishing & interrupting an electric power circuit (refer  to fig. 2.9 below) .  The basic components of a contactor are: contact system, arc extinction devices, mechanical linkages  between the contacts & the drive unit, the drive unit, the conductor connections & the frame. The  electromagnet (for electomagnetic contactors) consists of, basically, a coil of wire placed on an iron  core. The armature is mechanically connected to the contacts. When a contactor's armature is sealed­in,  it means that it is held closely against the magnet yoke. When the coil is de­energized, thanks to the  small air gap in the iron circuit, the armature drops out (opening the contacts). 

Manual and electromagnetic starters:  A manual starter consists primarily of a set of manually operated contacts & a motor overload sensing  device (melting alloy, bi­metallic or electronic type). Electromagnetically operated ones are basically  manual ones plus a solenoid for closing the power contacts. The magnet frame & armature assembly of  the low voltage contactors are 1 of the following: clapper, vertical action (plunger) or bell crank, fig.  2.10 shows a couple of these 3 different designs. 

The different methods of starting a squirrel cage induction motor (SCIM):  They are: across the line (full voltage starting that provides the highest starting torque as well as the  highest starting current & accelerates the load to full speed in the shortest possible time), auto­ transformer, primary resistor, wye­delta starting & part winding. The second to the fifth methods,  inclusive are termed reduced voltage motor starting methods (fig. 2.11). The selection of the reduced  voltage method involves a co­ordination between the required starting torque & allowable starting  current (this current overloads the circuit & may reduce the voltage ­causing a sag ­ to other loads in the  power distribution system). Certain starting methods necessitate that the motors would be built in  certain ways. The starting torque varies with the square of the starting current (when reduced voltage  methods ­ applying less than full line voltage to the motor during starting ­ are used, the starting current  & torque will be lower). 

Combination motor controller:  The combination motor controller consists of an externally operable circuit disconnecting means (a  switch in series with Form II fuse for short circuit protection only or a circuit breaker with magnetic  element protection only) in series with a magnetic motor controller (contactor plus overload or a relay  that matches the motor heating curve), refer to fig. 2.12 below. 

Control circuit power source:  The power source of the control circuit can be classified into: common control, separate control or  control circuit transformer. It can come directly from the power feeding the terminals of the motor, from  an external source (d.c.­ battery or a.c. station service transformer) or from a step­down control  potential transformer connected to the supply line of the motor, refer to fig. 2.13. 

Major tests conducted on contactors:  Contactors have to undergo certain tests to be qualified or applroved by the bodies having jurisdiction  like UL, CSA, IEC. The principle tests are: spacings between live parts & ground, temperature rise of  coils, contacts & terminals, operating voltage range, overload capability, mechanical/electrical  endurance & dielectric strength tests.  Different types of medium voltage contactors: For decades, high voltage motors were switched exclusively by air­break contactors. The design for air­ break contactors has to allow for the large contact gap required (approximately 1.5 ") & for the arc  chutes (as the arc has to be drawn & forced into thechutes to get elongated, cooled, having its resistance  increased & extinguished). The arc is generaaly maitained for several 1/2 cycles, it restrikes after a  current zero because the dielectric strength of the break (gap) recovers relatively slowly. As the arc is  driven into the chute, its voltage rises sharply & the current amplitude decreases. At the instant of arc  extinction, the phase angle between the current & voltage becomes zero and the voltage stressing the 

break becomes less severe. The second type of interrupting media is the vacuum. With vacuum  contactors (shown in fig. 2.14), the arc is confined to the contact gap (which is only a few millimeters)  as the vacuum has a dielectric strength of 30 KV/mm. Arcs in vacuum can be classified into diffused  (for currents less than 10 KA ) & constricted (for higher currents). Overheating (one of the side effects  of constricted arcs) can lead to restrikes. 

They are: operating coils, control transformers, auxilliary switches, metering & protective low voltage  devices, activating levers & springs.    Home of VePi