Nowoczesne przemienniki częstotliwości - budowa i funkcjonalność
W najnowszych przemiennikach częstotliwości dąży się do wyeliminowania wszystkich zbędnych elementów, wpływających zarówno na cenę, jak i stopień niepotrzebnej komplikacji urządzenia, przy zachowaniu jego funkcjonalności. Przemienniki częstotliwości są też energooszczędne, niezawodne oraz łatwe w obsłudze.
Przemienniki częstotliwości - czym się wyróżniają?
Modułowa budowa
Pozwala nie tylko na zmniejszenie wymiarów urządzeń, lecz także dopasowanie ich do różnych aplikacji napędowych. Jest to realizowane poprzez skompletowanie przemiennika z następujących komponentów:
Jednostka mocy:
- nie wymaga programowania,
- może współpracować z dowolnym modułem sterującym,
- jest wyposażona we wbudowany filtr FRI, redukujący wysokoczęstotliwościowe zakłócenia,
- może być montowana bezpośrednio obok drugiej jednostki.
Moduł sterujący:
- jest dobierany w zależności od sposobu sterowania – ilość sygnałów I/O,
- zawiera moduł pamięci z zapisaną parametryzacją,
- umożliwia połączenie z sieciami przemysłowymi: CANopen, Modbus, EtherCAT, EtherNet/IP, ProfiBus, ProfiNet.
Moduł bezpieczeństwa – montowany opcjonalnie do jednostki mocy.
Dopełnieniem tych elementów są dodatkowe akcesoria, takie jak:
- dławik sieciowy, filtry: sieciowy i silnikowy sinusowy, zapewniające spełnienie wymagań w zakresie kompatybilności elektromagnetycznej,
- rezystor hamujący, który umożliwia hamowanie elektryczne,
- moduły pozwalające na programowanie i diagnostykę przemiennika za pomocą klawiatury, poprzez port USB z komputera lub WiFi z komputera bądź smartfona.
To niewielkie urządzenia złożone z cyfrowych układów obsługiwanych przy pomocy mikroprocesorów. Przemienniki częstotliwości przetwarzają napięcie przemienne z sieci o stałej częstotliwości na napięcie stałe. Daje to możliwość regulacji prędkości obrotowej silników elektrycznych. Stałe napięcie uzyskane przez przemiennik wytwarza napięcie o częstotliwości regulowanej. To z kolei zapewnia kontrolę momentu obrotowego silnika. Ich zastosowanie upłynnia pracę jednostki napędowej, zapewnia łagodny rozruch, dzięki czemu jest ona mniej narażona na uszkodzenia, a koszty eksploatacyjne są redukowane.
Funkcjonalność
Coraz częściej poszukuje się przemienników częstotliwości, które mogą pracować w różnych systemach napędowych. Jest to możliwe dzięki opcji wyboru poniższych elementów:
Sposób regulacji silnika:
- charakterystyka U/f liniowa lub kwadratowa,
- charakterystyka U/f definiowana,
- sterowanie bezczujnikowe wektorowe,
- charakterystyka U/f Eco (energooszczędna),
- sterowanie serwo dla silników asynchronicznych,
- sterowanie bezczujnikowe dla silników synchronicznych.
Funkcje:
- przełączania w locie – lotny start,
- kompensacji poślizgu,
- zarządzania energią hamowania elektrycznego,
- sterowania hamulcem mechanicznym,
- blokowania wybranych częstotliwości,
- automatycznej identyfikacji danych silnika,
- konfiguracji I/O z możliwością podłączenia enkodera HTL,
- automatycznego ponownego uruchomienia przemiennika.
Aplikacje:
- regulatora procesowego PID,
- menu użytkownika,
- przełączania zestawów parametrów,
- potencjometru silnikowego,
- pracy z rampą typu S,
- sekwencera pozwalającego na wykonanie sekwencji ruchów.
Przemienniki częstotliwości, dysponując regulatorem procesowym PID, mogą połączyć sterowanie procesem technologicznym (regulacją poziomu cieczy, ciśnienia, temperatury itp.) z pracą napędu elektrycznego. Oprócz działania w normalnym trybie, urządzenia mogą przejść w stan uśpienia po wyłączeniu napędu, co pozwala na oszczędność energii. Jeżeli steruje on pracą pompy, można dodatkowo uruchomić funkcje płukania poprzez okresowe jej załączanie.
Uniwersalność przemienników przejawia się m.in. w możliwości ich adaptacji do różnych warunków poprzez wykorzystanie kilku zestawów parametrów, które określają właściwości urządzenia, wybieranych w zależności od zewnętrznych sygnałów sterujących. Tak więc mogą być elementami inteligentnych systemów automatyki.
Kolejną istotną cechą przemienników jest zmniejszenie zużycia energii przez napęd. Służy do tego funkcja sterowania silnikiem w trybie U/f Eco. Pozwala na redukcję zużycia energii elektrycznej przez silnik, nie będący w pełni obciążony w stosunku do klasycznego sposobu jego sterowania. Jest to szczególnie przydatne w systemach transportowych, w których występują okresowe obciążenia (np. przewóz palet, kartonów, bagażu na lotniskach). Metoda ta pozwala na oszczędność zużywanej energii nawet do 30%.
Powyższe cechy sprawiają, że przemienniki można stosować w napędach:
- pomp i wentylatorów,
- przenośnikowych,
- jazdy,
- wytłaczarek w urządzeniach do ciągłego formowania,
- podnoszących,
- nawijarkowych.
Przemienniki częstotliwości - parametryzacja i diagnostyka
Parametryzacji podlegają moduły sterujące. Nie trzeba ich jednak montować do jednostki mocy czy zasilać napięciem ster ującym, wystarczy połączyć je kablem z portem USB w komputer ze. Wszystkie parametry zapisywane są w wymienialnej pamięci EPROM, umieszczonej w module sterującym.
Oprogramowanie służące do parametryzacji ma formę graficzną, co czyni je przyjaznym w obsłudze. Struktura jest pomyślana tak, aby mógł się nim posługiwać nawet niedoświadczony użytkownik.
Każdy ekran zawiera komentarz wyjaśniający edytowaną strukturę, zaś ekran diagnostyczny pozwala na ocenę stanu przemiennika na podstawie odpowiednich sygnałów cyfrowych i analogowych oraz dziennika błędów, który rejestruje ich historię. Istnieje również możliwość obserwacji przebiegu wybranych wielkości w postaci oscylogramu.
W związku z coraz powszechniejszym stosowaniem sterowników swobodnie programowalnych w urządzeniach z napędami elektrycznymi, umożliwia się parametryzację przemienników częstotliwości z ich poziomu, co pozwala na stosowanie tylko jednego narzędzia programistycznego. W takim przypadku sterownik oferuje aplikację, która graficznie odtwarza standardowy program do parametryzacji i diagnostyki.
Przemienniki częstotliwości - komunikacja
Ze względu na wykorzystanie sieci przemysłowych, coraz popularniejsze staje się stosowanie znormalizowanych protokołów, np. CIA402, używanych w sieciach CAN i EtherCAT. Dokument ten zawiera jednoznacznie usystematyzowany zestaw informacji, które umożliwiają realizację różnych trybów pracy silnika. Dzięki temu niezależnie od rodzaju aplikacji sterownik zawsze ma w ten sam sposób przygotowane odpowiednie dane.
Technologia wykonania oraz użyte materiały gwarantują, że dla współczynnika MTBF średni czas pomiędzy awariami, w którym urządzenie może działać bez przerwy, wynosi aż 600 000 h.
Kompaktowa budowa oraz funkcjonalność przemienników częstotliwości pozwalają na optymalne dobranie ich elementów do aplikacji oraz ograniczenie stanu magazynów części zamiennych. Przyjazne oprogramowanie skraca proces parametryzacji urządzeń oraz ułatwia ich diagnostykę. Parametryzacja może odbywać się również z poziomu sterownika PLC. Przemienniki mogą współpracować z najważniejszymi sieciami przemysłowymi, gdyż mają bardzo wysoki współczynnik niezawodności. Dzięki niewielkim wymiarom jednostek mocy możliwe jest projektowanie mniejszych szaf elektrycznych.
