mylms

... powered by RS2


Zapojení a základní nastavení frekvenčního měniče

V tomto článku se budu zabývat instalací a základním nastavením frekvenčního měniče. Proberu zde základy návrhu a zapojení a nastavení pohonu. Vždy je nutné řídit se manuálem ke konkrétnímu frekvenčnímu měniči.
Přehled zapojení různých motorů naleznete v článku Přehled a zapojení motorů.

frekvencnimenic-10

Frekvenční měnič Invertek

 

Ke správnému návrhu pohonu jsou nezbytné tyto kroky:

 

K čemu slouží frekvenční měnič?

Zjednodušeně, frekvenční měnič slouží k řízení otáček (nejen) asynchronních motorů. Třífázové asynchronní motory s kotvou nakrátko mají výhodu ve velmi jednoduché konstrukci a tedy i nízké ceně. Jejich nevýhodou je poměrně složité řízení otáček. V podstatě jediný způsob, jak efektivně řídit jejich otáčky je změna frekvence napájecího napětí. Varianta zapojení třífázového motoru s pomocným kondenzátorem a řízením triakovou regulací je velice neefektivní. Další nevýhoda je velký proudový náraz při zapnutí. Ten se však dá omezit přepínáním hvězda-trojúhelník, nebo pomocí softstarteru.

Použitím i nejlevnějšího frekvenčního měniče lze jednoduše měnit otáčky motoru, měnit rychlost rozběhu a doběhu (omezí se tím proudový náraz), měnit směr otáčení apod. Lze i snížit spotřebu elektrické energie – např. u ventilátoru/čerpadel se mění podtlak/tlak snížením, nebo zvýšením otáček motoru. Není nutné točit motorem na jmenovité otáčky a používat škrtící klapky, variátory apod. Některé měniče umožňují regulaci otáček na nastavenou hodnotu se zpětnou vazbou od analogového čidla. Lze tedy velmi jednoduše řídit např. výstupní tlak čerpadla, případně podtlak v odsávání pouze za použití měniče a jednoho externího čidla.

Nevýhoda frekvenčních měničů je kromě ceny také dodržení EMC kompatibility. Měniče způsobují rušení, které je nutné odstínit. K tomu slouží buď zabudované, nebo externí filtry a tlumivky. Ty však mohou způsobovat vypadávání předřazených proudových chráničů, protože mají vždy nějaký unikající proud. Dále je pak vhodné použít stíněné kabely k motoru – to platí zejména u dlouhých vedení.



 

Princip frekvenčního měniče

Každý frekvenční měnič se skládá z několika základních částí:

 

 

frekvencnimenic-1

Blokové schéma frekvenčního měniče

 

Řídící obvody
Jsou obvody, které obstarávají samotné řízení měniče. Ať jde o obsluhu displeje při nastavování, nebo samotné řízení otevírání tranzistorů apod. U vektorového řízení probíhá v procesoru měniče real-time simulace a výpočet magnetického toku v motoru. Pomocí tohoto regulátoru poté probíhá úprava výstupního napětí a frekvence měniče.

Usměrňovač
Usměrňovač usměrní napájecí napětí. Proto nezáleží u 3f měniče na sledu fází. Je však hlídán výpadek, nebo asymetrie fází.

Meziobvod
Skládá se z kondenzátorové baterie. V té je uložena energie, která jde přes výkonovou část do motoru. Při brzdění se motor může chovat jako generátor a tak se meziobvod nabíjí z motoru. Při příliš rychlém brzdění může docházet k přepětí na meziobvodu. To lze omezit snížením rychlosti brzdění, odlehčením motoru, změnou měniče za výkonnější, nebo zapojením brzdného rezistoru (odpor s velkým ztrátovým výkonem), v kterém se přebytečná energie mění na teplo. Brzdný odpor většinou dodává výrobce ke konkrétnímu měniči. Často se jedná o drátový odpor v hodnotách od 50 do 200 Ohm a ztrátovým výkonem od 100 W výše. Odpor je u některých měničů možné namontovat jako příslušenství do měniče (je chlazen vestavěným ventilátorem), nebo bývá v kleci, která slouží jako ochrana proti dotyku – při brzdění motoru se odpor zahřívá.
Tato část měniče zůstává několik minut po odpojení napájecího napájení pod napětím. Je tedy nebezpečné ihned po odpojení napájení měnič rozebírat. 

Výkonová část
Je část měniče se spínacími prvky. Jako spínací prvky je většinou použita šestice IGBT tranzistorů a řídící obvod. Celek je integrován (alespoň u frekvenčních měničů běžné velikosti) do IPM (Intelligent Power Module). Ten pomocí PWM (pulsně šířkové modulace) modeluje signál, který reprezentují třífázové sinusové napětí. Frekvence spínání tranzistorů jde většinou v měniči nastavit v několika krocích, cca od 4 kHz do více než 30 kHz. Protože tranzistory produkují nejvíce tepla během spínání/rozpínání je pro měnič ideální co nejnižší frekvence. Při nízké frekvenci spínání motor produkuje velké množství magnetizačního hluku, při vysoké frekvenci se měnič nadměrně zahřívá. Optimální je pak kompromis – pokud hluk nevadí, může se použít nižší spínací frekvence. Některé měniče si při zvýšení teploty IPM dočasně spínací frekvenci sami sníží. Tato spínací frekvence, respektive krátké náběžné hrany při spínání tranzistorů způsobují indukování vysokofrekvenčních napěťových špiček. Ty způsobují rušení okolních technologií – je nutné ho co nejvíce odstínit.

Zjednodušeně generování PWM signálu probíhá tak, že si měnič interně generuje sinusový signál požadované frekvence a amplitudy (zeleně) a trojúhelníkový signál spínací frekvence tranzistorů (modře). V průsečících zeleného a modrého signálu je výstupní tranzistor sepnut, nebo vypnut. Samozřejmě toto je zjednodušený model, ve výsledném PWM signálu musí být promítnuta např. změna výstupního napětí podle frekvence apod. Na obrázku níže je graf, jak by mohlo vypadat generování jednoho sinusového signálu.

Běžný, malý, frekvenční měnič napětí nikdy nezvyšuje! Pokud je použit měnič na 230 V je nutné propojky na motoru zapojit tak, aby byl na napětí 3×230 V. Pokud je měnič na 400 V je nutné propojky na motoru přepojit tak, aby byl na 3×400 V.

 

frekvencnimenic-2

Modelování sinusovky pomocí PWM

 

Výběr motoru

Výběr samotného motoru je samozřejmě závislý na aplikaci, kde bude použit. Je nutné zhodnotit potřebné otáčky, výkon, napájecí napětí, osovou výšku, typ příruby apod. Podle motoru se bude vybírat vhodný frekvenční měnič.

Nyní budu vycházet z katalogů Siemens (dříve motory MEZ). Je to u nás asi nejběžnější a nejdostupnější výrobce motorů. Cenově a kvalitativně jsou tyto motory na velice dobré úrovni. Nejprve je nutné vědět jaké jsou nutné otáčky. Třífázové asynchronní motory mají několik dvojic statorových cívek (počet pólů) a podle toho se liší otáčky motoru. Otáčky jsou navíc závislé na skluzu motoru – čím větší výkon motoru a účinnost, tím menší skluz (viz tabulka níže). V některých řádcích tabulky je vidět, že motor s vysokou účinností má proti motoru se standardní účinností o 45 otáček za minutu více (zvýrazněno tučně). Vyšší účinnost se samozřejmě projeví na úspoře energie, nižším zahřívání motoru atd. V závorce jsou uvedeny mezní otáčky motoru.

 

Otáčky motorů podle počtu pólů, výkonu a účinnosti
Počet pólů 2 2 2 4 4 4 6 6 6 8 8 8
Synch. ot. 3000 3000 3000 1500 1500 1500 1000 1000 1000 750 750 750
Řada 1LA7 1LA9 1LE1 1LA7 1LA9 1LE1 1LA7 1LA9 1LE1 1LA7 1LA9 1LE1
1LA7 – standardní účinnost (IE1), 1LA9 – zvýšená účinnost (IE2), 1LE1 – vysoká účinnost (IE3)
0,25 kW 2830 (6000) 2830 (6000) 1350 (4200) 1410 (4200) 850 (3600) 680 (3000)
0,55 kW 2800 (6000) 2835 (6000) 1395 (4200) 1440 (4200) 1440 910 (3600) 935 (3600) 935 675 (3000)
0,75 kW 2855 (6000) 2805 (6000) 2850 1395 (4200) 1440 (4200) 1450 915 (3600) 925 (3600) 945 680 (3000) 725 (3000)
1,1 kW 2845 (6000) 2835 (6000) 2885 1415 (4200) 1425 (4200) 1440 915 (3600) 935 (3600) 940 680 (3000) 725 (3000)
1,5 kW 2860 (6000) 2885 (6000) 2910 1420 (4200) 1435 (4200) 1445 925 (3600) 970 (3600) 940 705 (3000) 720 (3000)
2,2 kW 2880 (6000) 2890 (6000) 2920 1420 (4200) 1455 (4200) 1465 940 (3600) 965 (3600) 970 695 (3000) 725 (3000)
5,5 kW 2925 (5600) 2950 (6000) 2950 1455 (4200) 1465 (4200) 1470 950 (3600) 970 (3600) 970 710 (3000) 735 (3000)
7,5 kW 2930 (5600) 2950 (6000) 2950 1455 (4200) 1465 (4200) 1475 960 (3600) 975 (3600) 980 715 (3000) 730 (3000)

 

Výhoda řízení frekvenčním měničem je možnost snížení a zvýšení otáček motoru. Minimální otáčky většinou limituje nemožnost použití původního chlazení – při nízkých otáčkách klesá výkon motoru a nefunguje vestavěný ventilátor, je tedy nutné cizí chlazení. Zvýšením otáček se snižuje kroutící moment motoru. Maximální otáčky jsou samozřejmě omezeny konstrukcí rotujících dílů motoru (zvýšené vibrace), ložisek (nižší životnost), rotoru (odstředivé síly) a ventilátoru chlazení – při příliš vysokých otáčkách je ventilátor hlučný a hrozí jeho prasknutí (je nutné cizí chlazení). Pokud nastavení měniče umožňuje změnu otáček motoru ve větším rozsahu, doporučuji cizí chlazení nezávislé na otáčkách motoru. Dále doporučuji použit motor s vestavěným termistorem, případně bimetalovým čidlem které se připojí k měniči, případně k nadřazenému systému.

Neméně důležitý parametr je výkon motoru. Ten je odvislý od aplikace, ve které bude použit. Pokud je kroutící moment víceméně stabilní (např. u pohonu pásu), je možné moment změřit např. momentovým klíčem. U aplikací, jako jsou ventilátory, kde požadovaný moment stoupá s otáčkami je nutné provést výpočet na konkrétní použití. Podle výsledného kroutícího momentu se v katalogu vybere požadovaný typ motoru. Je nutné si uvědomit, že se změnou otáček se mění i kroutící moment na hřídeli. V datasheetu motoru bývá uvedena momentová charakteristika.

Motory mohou mít různé napájecí napětí. Když se vyhneme různým né příliš používaným napěťovým soustavám, tak zbudou motory D/Y 230/400V a D/Y 400/690. U pohonů malých výkonů lze s výhodou použít motory na 230 V a k nim příslušný frekvenční měnič. Zajistíme si tím možnost připojit třífázový motor na jednofázovou síť (pokud je to potřeba). Větší motory tak nedoporučuji připojovat, protože se tím zbytečně přetěžuje jedna fáze. U větších motorů, cca od 2 kW výše je vhodné připojit je k třífázově napájenému frekvenčnímu měniči na 400 V. Proud odebíraný ze sítě se tak rozloží mezi všechny tři fáze. Viděl jsem 3kW motor připojený k jednofázovému měniči. Motor se vlivem větších proudů vždy po čase vyhřál. Nebylo tedy možné ho z preventivních důvodů provozovat na plné otáčky. Náhradou měniče za 3-fázový je možné bez problémů používat motor při větších otáčkách než jmenovitých.

Dalším neméně důležitým parametrem motoru je jeho osová výška (velikost) a typ příruby. U patkových motorů se udává osová výška (H), což je vzdálenost středu hřídele od spodní části patky. U přírubových motorů se udává velikost, která je přibližně velká jako osová výška. Mechanické připojení motoru k základně lze provést několika způsoby. Podle toho se motory rozlišují na patkový (motor má patky, které se přišroubují k základně), přírubový (příruba, malá příruba, větší příruba) a patko-přírubový, který má jak přírubu, tak patku.

 

frekvencnimenic-3

Patkový motor (Siemens)

 

 

frekvencnimenic-4

Přírubový motor (Siemens)

 

Třífázové asynchronní motory s kotvou nakrátko se vyrábí v několika třídách účinnosti. Dříve používané třídy EEF se mění na třídy IE 1 – 4 (čím vyšší číslo, tím vyšší účinnost). Při použití jednoho pohonu může být použití motoru s vyšší účinností příjemný bonus (ne však cenový). Při projektování zařízení s velkým množstvím pohonů musí být k účinností motorů přihlédnuto vzhledem k vyšším ztrátám, spotřebě a všudepřítomnému strašákovi CO2… Myslím si, že s pokračováním vývoje elektroniky budou asynchronní motory postupně nahrazovány motory reluktančními, které mají vyšší účinnost. Zejména tam, kde se k řízení používá frekvenční měnič.

 

frekvencnimenic-5

Účinnosti motorů

 

Ve vícefázových asynchronních motorech napájených z frekvenčního měniče vzniká elektrické namáhání ložisek kapacitním napětím na ložiskovém mazacím filmu. Fyzikální příčinou je tlumení soufázových napětí na výstupu měniče kmitočtu. Součet všech tří fázových napětí měniče kmitočtu není totiž v žádném časovém okamžiku rovný nule – v protikladu k čistě síťovému provozu. Následně vzniklé vysokofrekvenční impulsní napětí způsobuje proud, který se přes vnitřní kapacitu motoru meziobvodem uzavírá zpět přes měnič kmitočtu. Vnitřní kapacity stroje jsou – mimo jiné – kapacita vinutí a kapacita mezi rotorem a statorem. Účinkem ložiskového kapacitního napětí se může v nejnepříznivějším případě náhodně uskutečnit průraz ložiskového filmu. Průraz způsobí buď poškození ložiska nebo přispěje k jeho předčasnému zestárnutí. Tyto ojedinělé případy uvedeného fyzikálního jevu se vyskytují převážně u větších motorů. Základním předpokladem k zabránění poškození ložisek ložiskovými proudy je zajistit správnou instalaci pohonného systému. Taková instalace se ale neobejde bez použití některých technických prostředků, které ložiskové proudy podstatně snižují. (z katalogu Siemens D81.1) Velké motory určené pro provoz s frekvenčními měniči je proto možné vybavit speciálními ložisky, zemnícími kartáči apod. Samozřejmostí je správné připojení motoru k měniči.

 

Výběr frekvenčního měniče

Výběr frekvenčního měniče je závislý na výše uvedeném motoru a napájecím napětí sítě. Pokud je výkon odebíraný motorem malý (cca do 2 kW), můžeme použít měnič s napájecím napětím 1f 230 V. Je však nutné použít motor se zapojením do trojúhelníka na 3×230 V. V tomto zapojení bude ze sítě odebírán větší proud. Síť je tedy nesymetricky zatěžována. Pokud je to možné a ničemu to nebrání je vhodné použít měnič s napájecím napětím 3×400 V a motor příslušně zapojit.

Měnič je nutné vždy vybrat se stejným, nebo větším výstupním výkonem, než je uvedeno na motoru. Měnič je vhodné zvolit ze stejné, nebo o jeden řád vyšší výkonové řady. Pro motor 0,5 kW bude vhodný i měnič s maximálním výstupním výkonem 0,75 KW. V měniči se pak nastaví přesné parametry připojeného motoru.

 

Možnosti propojení měniče a motoru
Měnič na 230 V (výstup 3×230 V) Měnič na 400 V (výstup 4×400 V)
Δ/Y 230/400 V (zapojen do Δ) ANO NE*
Δ/Y 230/400 V (zapojen do Y) NE ANO
Δ/Y 400/690 V (zapojen do Δ) NE ANO
Δ/Y 400/690 V (zapojen do Y) NE NE
* Tento motor lze připojit do Δ, ale je nutné v nastavení měniče změnit napětí motoru na 230 V. Výhodnější je přepojit svorky motoru do Y

 

Jako další požadavek jsou funkce, které potřebujeme aby měnič podporoval. Všechny měniče umí rozběh a doběh po rampě, měnit výstupní frekvenci, hlídat proud motoru apod. Speciální funkce jako PID regulaci, vektorové řízení, komunikaci po datové lince (CanOpen, ProfiBus, RS232, apod.) podporují jen některé měniče. Někteří výrobci dodávají měnič bez ovládacího displeje, který je možné si dokoupit zvlášť. Pokud není měnič připojen k datové lince a je nutné změnit, případně vyčíst některý parametr nastávají komplikace. Nejjednodušší frekvenční měniče se konfigurují pouze přepnutím DIP přepínačů na desce. Tyto měniče se většinou používají ke konkrétnímu typu motoru a bývají jeho součástí.

Pro běžné aplikace mám dobré zkušenosti s frekvenčními měniči Invertek Optidrive. Nyní je aktuální řada Optidrive E3. Stejné měniče dodává SEW. Jak to vypadá, jedná se o stejný měnič v jiné barvě.
Jedná se o poměrně levné měniče, které mají již v základu displej, komunikaci Modbus a CANOpen, integrovaný odrušovací filtr, skalární a vektorové řízení, možnost řídit BLDC a reluktanční motor, dva analogové vstupy, PI regulaci, analogový výstup, rychlé uvedení do provozu a povedenou diagnostiku závad. Měnič je navíc možné zakoupit ve dvou provedení s IP20 (montáž do rozvaděče) a IP66 pro montáž vně rozvaděče. Toto se hodí např. pro regulaci odsávání, kde není kromě měniče a podtlakového snímače již nic dalšího nutné.

Oproti jiným měničům (např. Omron/Yaskawa, Teco, Siemens, …), nebo měničům vyšších řad mají poměrně jednoduché nastavení a uvedení do provozu. Pokud nejsou potřeba nějaké vyloženě speciální funkce, lze bez problémů využít tyto měniče.

 

Zapojení motoru a frekvenčního měniče – EMC

Největší úskalí provozu frekvenčních měničů je generování vysokofrekvenčního rušení (viz princip měniče). To je nutné minimalizovat vstupním filtrem a použitím stíněných kabelů. Na pohon je nutné hledět komplexně včetně přidružené technologie a ne jako na samostatnou část zařízení. Je nutné dodržovat doporučená zapojení výrobce – je vždy uvedeno v montážním návodu měniče. 100% dosažení odstínění (EMC kompatibility dle EN61000–3–2) není vždy jednoduché.

 

frekvencnimenic-7

Zapojení svorek měniče A – napájení, B – Vypínač, C – Jištění, D – tlumivka, E – EMC filtr, F – brzdný odpor, G – stíněné vedení k motoru, H – digitální/analogový výstup, I – bezpotencionální relé

 

Měnič je nutné připojit k napájecímu napětí na které je stavěn. Nejčastěji se jedná o jednofázové napětí 230 V, nebo třífázové napětí 400 V. Sled fází není důležitý. Průřezy vodičů musí být dimenzovány na maximální proud. Měnič je dále nutné jistit proti přetížení a zkratu. Podle typu měniče výrobce doporučuje maximální možné předřadné jištění a průřezy vodičů

Na vstupní část měniče je vhodné instalovat vstupní filtr (EMC filtr), nebo tlumivku. Samotná tlumivka mimo jiné snižuje proudový náraz při zapnutí měniče do sítě (prodlužuje životnost usměrňovače a kondenzátorů). Některé měniče mají filtr instalovaný v základu – typicky třídy A (průmyslové aplikace). U ostatních je vhodné ho dokoupit jako příslušenství ke konkrétnímu měniči. Vždy se jedná o kombinaci tlumivek a kondenzátorů, která blokuje propouštění vysokofrekvenčních rušivých signálů zpět do sítě. Nevýhoda EMC filtrů je možné způsobování výpadků proudových chráničů. Ve filtru je proti napájecími svorkami a PE svorkou kondenzátor, přes který vždy protéká alespoň malý proud – ten může způsobovat vybavování proudového chrániče. Některé měniče jsou s filtrem a dalším příslušenstvím jako skládačka – instalují se přímo pod, nebo vedle měniče.

Na výstupní část měniče je možné nainstalovat výstupní motorové tlumivky. Ty pomáhají utvářet z obdélníkového signálu na výstupu měniče sinusovku. Navíc kompenzují kapacitu dlouhého vedení k motoru a chrání motor před napěťovými špičkami. Při použití výstupní tlumivky musí být nastavena frekvence spínání tranzistorů na frekvenci, pro kterou je tlumivka určena. Vedení od měniče k filtru by mělo být pokud možno co nejkratší. 

 

 

frekvencnimenic-8

Příklad zapojení EMC filtru – červeně unikající proud

 

frekvencnimenic-6

Provedení EMC filtrů

 

Výstup z měniče by měl být proveden stíněným kabelem. To platí obzvláště u delších vedení. Kabel slouží jako anténa a vyzařuje do okolí vysokofrekvenční rušení. Toto rušení může způsobovat nezanedbatelné bludné proudy v kovových konstrukcích. Ideální je provést kompletní kabeláž stíněnými kabely a to včetně signálových kabelů. Kabelové žlaby a lávky musí být uzemněné.

 

 

frekvencnimenic-9

Vedení k měniči

 

Aby stínění plnilo svoji funkci musí být provedeno jako Faradayova klec. Živé části systému musí být po celém povrchu obklopeny vodivým materiálem. Jsou tedy vhodné kabely s co nejhustším opletením, případně s kovovou fólií. Průchodky z rozvaděče a do motoru je nejlepší použít kovové s polovodivou gumou. Místo kontaktu průchodek a rozvaděče musí být zbaveno barvy, nebo být použita vějířová podložka, která barvu prořízne. Stejný princip je použit u motoru.

 

Zapojení motoru a frekvenčního měniče – konfigurace motoru

Nyní je třeba frekvenční měnič a motor propojit. V žádném případě se nesmí přehodit vstupní a výstupní svorky! Vždy tím dojde k nevratnému poškození měniče. Jak již bylo zmíněno výše, měnič napětí nezvyšuje. Takže je nutné k měniči na 230 V použít motor s napájením 3×230 V a k měniči na 400 V měnič na 3×400 V. Viz tabulka výše. Podle napájecího napětí se zvolí zapojení svorek k motoru. Řekněme, že budeme tento malý motor provozovat na 3×230V, protože máme frekvenční měnič s napájecím napětím 1f 230V.

 

Nejběžnější motory mají svorky jako na obrázcích níže.

 

motor-36

Svorkovnice motoru

 

 

Tuto svorkovnici lze zapojit do hvězdy (Y) i trojuhelníku (D, Δ). Nahlédnutím do návodu, nebo na víčko svorkovnice zjistíme správnou pozici propojek a utahovací moment.

 

motor-35

Víčko svorkovnice třífázového asynchronního motoru s kotvou nakrátko

 

Podle štítku na motoru zjistíme, jestli je nutné zapojit motor v konfiguraci hvězda, nebo trojúhelník. Ze štítku lze vyčíst provozní hodnoty motoru:

  • IP 55 – Krytí IP 55
  • –20°C<=TAMB<=40°C – provozní teplotu motoru –20 až 40° C 

Dále je štítek rozdělen na dvě strany. Levá udává hodnoty pro 50Hz síť, pravá pro 60Hz síť.

  • 50 Hz 230/400 V Δ/Y – Při zapojení do Δ má motor napájecí napětí 230 V, při zapojení do Y má napájecí napětí 400 V
  • 0,55 kW – výkon motoru 0,55 kW
  • 2,35/1,36 A – Odebíraný proud při nominálním zatížení a provozu do Δ a do Y
  • 220–240/380–420 V Δ/Y – Rozsah napájecích napětí při provozu do Δ a do Y 
  • 2,39–2,44/1,38–1,41 A - Rozsah odebíraného proudu při provozu do Δ a do Y 

 

motor-39

Štítek motoru třífázového asynchronního motoru s kotvou nakrátko

 

Podle štítku je tedy nutné svorky motoru zapojit do Δ. Dodané propojky se tedy zapojí dle návodu/grafice na víčku.

 

motor-38

Svorkovnice motoru – svorky zapojeny do D

 

Vývody od jednotlivých svorek vedeme stíněným kabelem k frekvenčnímu měniči.

 

Základní nastavení frekvenčního měniče

I ty nejjednodušší frekvenční měniče mají poměrně rozsáhle možnosti nastavení. Předmětem tohoto článku není rozebírat každou volbu zvlášť. To by ani nešlo, neboť různí výrobci mají různé menu a i podobné funkce jinak pojmenovávají. Nicméně základ je stejný, nebo alespoň podobný.

Nejprve je nutné do měniče nastavit typ použitého motoru, tedy jmenovité napětí, proud, frekvenci, otáčky apod. U některých režimů může být vyžadováno nějaké dodatečné nastavení – např. u vekterového řízení je vhodné provést autotuning. Dále je nutné uvědomit si, co vlastně bude měnič pohánět – typ zátěže. Některé měniče mají speciální funkce pro konkrétní zátěže. Ty mohou být:

  • Těžký rozběh (HO – High Overload)
    Zátěž motoru je v celém průběhu otáček konstantní (obráběcí stroje, dopravníky apod.).
  • Lehký rozběh (LO – Low Overload)
    Zátěž s lehkým rozběhem, ale s kvadraticky narůstajícím zatížením (ventilátory, odstředivá čerpadla).


 

P-01 – Maximální frekvence
Maximální povolená frekvence (rychlost) motoru. Pokud je vyplněn parametr P-10 je tento parametr uveden v ot/min, jinak v Hz. Maximální otáčky motoru udává výrobce motoru. U zde použitého motoru je to 6000 ot/min. K maximálním otáčkám je nutné přihlížet s ohledem na konstrukci stroje a motoru. Při zvyšování otáček dochází ke snižování kroutícího momentu motoru. Viz výběr motoru.

P-02 – Minimální frekvence
Minimální povolená frekvence (rychlost) motoru. Pokud je vyplněn parametr P-10 je tento parametr uveden v ot/min, jinak v Hz. Minimální otáčky je nutné zvolit tak, aby měl motor možnost se chladit (pokud není použito nezávislé chlazení). Při zpomalování motoru dochází ke snižování výkonu.

P-03 – Rozjezdová rampa
Čas zrychlení z 0 Hz na jmenovitou frekvenci (P-09). Udává jak rychle se motor roztočí na jmenovitou frekvenci. Delší čas může zamezit proudovým nárazům do sítě – působí jako soft-starter, nebo náhrada za rozběh Y-Δ.

P-04 Zpomalovací rampa
Čas zpomaleni z jmenovité frekvence (P-09) na 0 Hz. Udává jak rychle se motor zbrzdí z jmenovité frekvence na 0Hz. Kratší čas způsobuje rychlejší zbrzdění. Pokud má motor velkou zátěž, může docházet k jeho přehřívání a přetěžování měniče (obvykle chyba přepětí na meziobvodu O-volt). U jiných měničů bývo O-V. O = Overload (přetížení), V – voltage (napěťové). Tomu lze zamezit buď prodloužením zpomalovací rampy, nebo použitím brzdného odporu (dodává výrobce měniče) – přebytečný výkon se pak ve formě tepla vyzáří na odporu.

P-05 Režim zastavení
Udává, jak se motor zastaví po deaktivaci signálu provozu. Běžně je u strojů nastaven doběh po rampě – podle velikosti rampy je doběh rychlý, nebo pomalejší. Měnič (nebo motor) pak brzdnou energii vyzáří ve formě tepla, případně rekuperuje do sítě. Volný doběh v podstatě odpojí motor od napájení. Ten se pak vlivem tření sám zastaví. Volný doměh může být použit např u ventilátorů, kde většinou není potřebné nuceně brzdit.

P-07 – Jmenovité napětí motoru
Udává se štítkové napětí motoru v příslušné konfiguraci. Zde bude 230 V.

P-08 – Jmenovitý proud motoru
Udává se štítkový proud motoru v příslušné konfiguraci. Zde bude 2,35 A. Z tohoto proudu vychází tepelná ochrana motoru. Měnič funguje i jako nadproudové relé. Při dlouhodobém odběru proudu vyšším něž jmenovitém měnič nahlásí chybu I_t_trR. U jiných měničů to často bývá O_C, nebo podobné. C = Current (proudové).

P-09 – Jmenovitá frekvence motoru
Udává se štítková frekvence motoru. Zde bude 50 Hz.

P-10 – Jmenovité otáčky motoru
Udávají se jmenovité otáčky motoru při frekvenci uvedené v parametru P-09. Pokud nejsou otáčky uvedeny (nastaveny na 0) zobrazují se hodnoty rychlostí v Hz, jinak jsou v ot/min. Pokud jsou otáčky zadány je aktivována kompenzace skluzu.

P-12 Způsob ovládání
Měniče často umožňují ovládání z více volitelných míst. Běžné je ovládání

  • Ze svorkovnice – pro řízení měniče se používají digitální vstupy a potenciometr (případně napěťový, nebo proudový signál) na nastavení výstupní frekvence.
  • Klávesnice – ovládá se lokálně pouze z klávesnice na měniči.
  • PI(D) regulace – buď přes klávesnici, nebo analogovým vstupem je nastavena cílová hodnota kterou se měnič snaží na druhém analogovém vstupu dosáhnout. Tato aplikace je často používána u jednoduchých odsávání – je nastaven požadovaný podtlak a měnič se mu automaticky přizpůsobuje.
  • Datová komunikace – Různé komunikační kanály jako je ProfiBus, Modbus, CANOpen, apod. Měniči se parametry mění online z nadřazeného systému.

P-13 Typ zátěže
Udává charakteristiku zátěže (těžký rozběh/lehký rozběh). Podle toho měnič vyhodnocuje přetížení měniče.

P-17 Modulační frekvence
Nastaví modulační frekvenci tranzistorů měniče. Viz Princip frekvenčního měniče (výkonová část).

P-27 a P-26 Zakázaná frekvence a šířka pásma zakázané frekvence
Tímto parametrem lze omezit rozrezonování mechanických součástí stroje. Pokud je rezonanční frekvence* stroje např. mezi 1600 – 1800 ot/min lze nastavením zakázané frekvence* na 1700 ot/min a šířkou pásma na 200 ot/min těmto rezonancím předejít. Měnič při požadavku na 1600 otáček přeskočí rovnou na 1800 otáček a naopak. *Pokud je vyplněn parametr P-10 jsou místo frekvence zadávány přímo otáčky motoru.

P-28 a P-29 Nastavení napětí a frekvence U/f křivky
Při skalárním řízení (též U/f řízení) se se změnou frekvence mění napájecí napětí motoru. Křivku napětí v závislosti na frekvenci lze upravit touto volbou.

P-30 Automatický restart
Mění funkci chování měniče po výpadku napájení. Někdy je vhodné, aby se měnič automaticky spustil po výpadku napájení (např. ventilátory a čerpadla). Jindy je to nebezpečné (obráběcí stroje). Změnou tohoto nastavení lze např. docílit, aby start měniče proběhl pouze s náběžnou hranou spouštěcího signálu.

P-32 Start s běžícím motorem
Někdy je vhodné povolit, aby se měnič mohl rozběhnout i v případě, kdy se již motor točí, případně dotáčí. Prakticky použitelné u ventilátorů – ty mají poměrně velké setrvačnosti a po vypnutí by bylo nutné čekat dlouho dobu na dotočení (pokud není aktivován brzdný režim) 

P-51 Způsob řízení
Mění způsob řízení motoru. Běžné řízení bez přímé zpětné vazby je skalární řízení (U/f křivka) a vektorové řízení. 

  • Skalární řízení (U/f)
    Se změnou frekvence je jednoduše (lineárně, kvadraticky – vhodné pro ventilátory a čerpadla) mění i napájecí napětí motoru tak, aby se magnetický obvod nepřesycoval. Toto řízení je vhodné pro paralelní provoz více motorů s jedním měničem a jednoduché aplikace. Nevýhodou jsou pomalejší reakce motoru na změnu zatížení a nepřesnost výstupních otáček (okolo 5%). Úpravu nastavení lze provést parametrem P-28 a P-29.
    Vhodné pro jednoduché aplikace jako je řízení čerpadel a ventilátorů. Dále je vhodné pro provoz více motorů s jedním měničem.
  • Vektorové řízení
    Toto modernější řízení motoru využívá matematický model motoru ve kterém si vypočítává podle dat motoru (U, I, …) magnetický tok v motoru. Ten porovnává s požadovanými hodnotami a pomocí PI regulátoru upravuje napětí a frekvenci. Měniči je nutné zadat více parametrů motoru (k tomu slouží autotuning).
    Toto řízení je přesnější – motor má rychlejší odezvy (lepší dynamiku), vyšší kroutící moment od nízkých otáček a jejich přesnější regulaci.


P-51 Automatické ladění (autotuning)
Nastavuje parametry nutné pro správné vektorové řízení. Do motoru je přivedeno napájení, pomocí kterého je změřen odpor a indukčnost jednotlivých vinutí. Motor se během autotuningu může roztočit, cukat apod. 

 

Výše jsem nezmínil možnosti nastavení analogových vstupů a PI regulátoru. To je velmi závislé provozních podmínkách stroje. Někdy může mít PI regulátor automatické nastavení, takže není nutné nastavovat všechny parametry ručně.

 

 

 

 

 

Provoz a údržba frekvenčního měniče

Měniče většinou nevyžadují nějaké extra zacházení. V podstatě je pouze nutné zajistit, aby měničem mohl proudit chladící vzduch a aby nedocházelo ke kondenzování vody uvnitř měniče. To vše je popsáno v provozních podmínkách. Vhodné je jednou za čas zkontrolovat čistotu chladiče a provozuschopnost chladícího ventilátoru.

Může se stát, že měnič vyhlásí chybu. Některé měniče mají poměrně sofistikovanou diagnostiku. Většinou je chybové hlášení zobrazeno na displeji měniče. Podle návodu je možné dohledat chybu a zjistit příčinu. Obvyklé jsou chyby přetížení (většinou začínají písmenem O).

  • Proudové přetížení (tepelné přetížení motoru)
    Je často způsobeno přetížením motoru – motor má velkou zátěž, nebo je nastavena příliš krátká rozjezdová rampa. Motor však může mít zkrat na vinutí, nebo na přívodu. Je vhodné zkontrolovat odebíraný proud za běhu motoru (měnič umí zobrazit aktuální odebíraný proud motorem) a zkontrolovat parametr „jmenovitý proud motoru“ (P-08).

  • Napěťové přetížení (přepětí na meziobvodu)
    Tuto chybu způsobuje přepětí v síti, nebo nejčastěji příliš krátká zpomalovací rampa. Při brzdění se zvyšuje napětí v meziobvodu. Pokud není připojen brzdný rezistor napětí stoupne na kritickou mez a měnič se odstaví z provozu.

  • Podpětí (podpětí na meziobvodu)
    Porucha je nejčastěji způsobena výpadkem napájecího napětí, případně podpětím. Je to asi nejčastější „porucha“ – nastane vždy při odpojení měniče od sítě.

  • Přehřátí (elektroniky, nebo chladiče)
    Teplota okolí je příliš vysoká, je příliš zašpiněn chladič, nebo nefunguje chladící ventilátor. 

 

 

Měniče Optidrive E3 mají diagnostické menu pro monitorování měniče. Sada parametrů začíná číslem 00 a lze mezi nimi najít spoustu užitečných informací pro diagnostiku chyby, nebo zjištění možných špatných provozních podmínek. Níže je výpis nejzajímavějších z nich.

  • P00–01 Napětí na analogovém vstupu č.1
    Lze jednoduše porovnat změřené napětí měničem a skutečné napětí na analogovém vstupu. 

  • P00–02 Napětí na analogovém vstupu č.2
    Lze jednoduše porovnat změřené napětí měničem a skutečné napětí na analogovém vstupu.

  • P00–04 Stav digitálních vstupů Status digitálních vstupů (binární hodnota)
  • Lze jednoduše zjistit signály na digitálních vstupech měniče.

  • P00–06 Zvlnění napětí meziobvodu (V)
    Pomůže diagnostikovat nesymetrii napájení 

  • P-00–08 Napětí stejnosměrného meziobvodu (V)
    Pomůže diagnostikovat poruchu napájení 

  • P00–09 Interní teplota chladiče (ᵒC)
    Zjištění možného přehřívání měniče  
  • P00–11 Provozní doba od poslední chyby 1 (h) Provozní hodiny od poslední chyby. Resetují se dalším chybovým hlášením nebo odpojením napájení. 
  • P00–12 Provozní doba od poslední chyby 2 (h) Provozní hodiny od poslední chyby. Resetují se dalším chybovým hlášením, nikoliv však odpojením napájení. 
  • P00–13 Záznam poruchy Zobrazení 4 posledních poruch měniče 
  • P00–14 Provozní doba od posledního vypnutí (h)
  • P00–15 Záznam napětí stejnosměrného meziobvodu (V) Paměť 8 hodnot napětí stejnosměrného meziobvodu před chybovým hlášením, čas vzorkování 256ms 
  • P00–16 Záznam teploty chladiče (V) Paměť 8 hodnot teploty chladiče před chybovým hlášením, čas vzorkování 30s 
  • P00–17 Záznam proudu motoru (A) Paměť 8 hodnot proudu motoru před chybovým hlášením, čas vzorkování 256ms
  • P00–18 Záznam zvlnění napětí meziobvodu (V) Paměť 8 hodnot zvlnění napětí stejnosměrného meziobvodu před chybovým hlášením, čas vzorkování 22ms. 
  • P00–19 Záznam interní teploty měniče (ᵒC) Paměť 8 hodnot interní teploty měniče před chybovým hlášením, čas vzorkování 30s. 

  • P00–23 Teplota chladiče > 85ᵒC (h) Zobrazuje čas, po který měnič běžel s teplotou chladiče > 85ᵒC. 
    Signalizuje špatné provozní podmínky měniče

  • P00–24 Interní teplota měniče > 80ᵒC (h) Zobrazuje čas, po který měnič běžel s interní teplotou > 80ᵒC.
    Signalizuje špatné provozní podmínky měniče

  • P00–27 Provozní doba ventilátoru (h) Zobrazena v hh:mm:ss. 
    Může signalizovat blížící se nutnost výměny ventilátoru


Kurzívou označené parametry mohou pomoci odhalit chybu při výpadku měniče. Zobrazují totiž stav měniče krátce před poruchou. V době kontroly měniče již může být měnič restartován, nebo se provozní podmínky ustálily.

 

Shrnutí

Pro výběr a provoz frekvenčního měniče je tedy nutné provést tyto kroky:

 



Napsal Petan před třemi měsíci v kategorii Elektronika. Připojeno 1 komentář.
Přečteno 1846x.

Na programy zde poskytované není žádná záruka na funkčnost (viz licence). Jednotlivé články, stejně jako celý obsah stránek není návodem a slouží pouze k studijním účelům. Zapojení výše mají pouze informativní charakter! Vždy se řiďte originálním návodem k použití! Na elektrickém (vyhrazeném) zařízení smí pracovat pouze osoba s příslušnou kvalifikací dle vyhlášky 50/78 Sb! Vše tedy děláte na vlastní nebezpečí! Autor stránek nebere žádnou zodpovědnost za případné újmy na zdraví, životě, majetku a jiné!

Některé části textů mohou obsahovat texty, případně obrázky ze stránek Wikipedia a Wikimedia Commons. Tyto části jsou dostupné pod původní licencí Creative Commons.



1 | Diego | před třemi měsíci | elektronika2011.cz

Pěkný to máš. A víš že podle norem má být vstup označený U1, V1, W1 a výstup U2, V2, W2? Když sme řikali na školení na 50 že to je tak jak píšeš ty tak se strašně divil že to němci nedělaj podle evropských norem :-D

  • Peťan: Myslíš u toho měniče? Málokterý výrobce to označuje takhle. Norma je jenom doporučení. Nejčastěji jsou přívodní svorky měniče označeny L/L1/R, L2/N/S, L3/T a vývodní svorky U/T1, V/T2, W/T3. U jistících přístrojů je najčastěji přívod 1, 3, 5 a vývod 2, 4, 6.
  • reagovat

    Připojte váš komentář!

    * Hvězdičkou jsou označeny povinné informace.
    Autor stránek odpovídá vždy do komentáře.
    Nevhodné komentáře budou mazány, případně udělen BAN na IP!