Przemiennik częstotliwości (VFD) to sterownik silnika dla elektromechanicznych systemów napędowych, który kontroluje prędkość i moment obrotowy silnika prądu przemiennego poprzez zmianę częstotliwości wejściowej silnika i sterowanie odpowiednie zmiany napięcia lub prądu w zależności od topologii. Odgrywa ważną rolę w regulacji prędkości o zmiennej częstotliwości, oszczędzaniu energii i funkcjach ochronnych. Jak jednak wybrać odpowiedni VFD? Ten artykuł jest podstawowym przewodnikiem, jak wybrać VFD.

Ogólnie rzecz biorąc, zaleca się rozważenie doboru VFD w zależności od rodzaju sterowanych obiektów, zakresu regulacji prędkości, statycznej dokładności prędkości, wymagań dotyczących momentu rozruchowego itp., aby był zarówno użyteczny, jak i ekonomiczny przy jednoczesnym spełnieniu wymagań procesowych i produkcyjnych.

Im więcej wiesz o VFD, których potrzebujesz do swojej aplikacji, tym łatwiej będzie wybrać odpowiedni VFD.

Zanim zagłębisz się w wybieranie VFD, dobrym pomysłem jest zebranie podstawowych informacji z tabliczki znamionowej silnika, które pomogą Ci wybrać odpowiedni VFD, co przedstawia się poniżej.

  • Moc koni
  • Wzmacniacze przy pełnym obciążeniu (FLA)
  • Napięcie
  • RPM
  • Współczynnik serwisowy
  • Ocena pracy falownika (nie na tabliczce znamionowej)

Dodatkowe informacje zostaną określone na podstawie wymagań systemu i aplikacji.

  • Typ obciążenia (stały moment lub zmienny moment)
  • Zakres prędkości i metoda sterowania (wymagany protokół komunikacyjny PLC, sygnał 4-20mA itp.)
  • Specjalne wymagania dotyczące obudowy (gdzie VFD zostanie zamontowany, wewnątrz/na zewnątrz/itp.)

Po uzyskaniu informacji na tabliczce znamionowej silnika oraz sposobu instalacji i sterowania VFD, nadszedł czas, aby poznać kilka ważnych specyfikacji dla każdego VFD, które pomogą Ci zdecydować, co jest dla Ciebie najlepsze.

Specyfikacje dysków

Wzmacniacze przy pełnym obciążeniu (FLA)

Aby określić rozmiar falownika, używane są ampery przy pełnym obciążeniu. FLA Twojego silnika musi odpowiadać aktualnej wartości znamionowej VFD, którą rozważasz. Ponadto możesz kupić VFD o wyższym prądzie znamionowym, niż wymaga tego Twój silnik, ze względów bezpieczeństwa, który zapewnia małą poduszkę do twojej aplikacji. Jest to szczególnie ważne w przypadku obciążenia o dużej bezwładności lub obciążenia, które jest trudne do uruchomienia. Przewymiarowany prąd znamionowy VFD pozwoli mu działać lepiej i być bardziej niezawodnym na dłuższą metę, ponieważ nie pracujesz z maksymalną wydajnością VFD.

Moc (KM)

Znajomość obciążenia lub mocy silnika to dobry sposób na zawężenie wyboru w celu dopasowania do aplikacji, ale nie należy go używać jako bezpośredniego odniesienia do określania VFD. Ze względu na zmienne wymagania obciążenia, takie jak RPM (silnik 900 obr./min ma bardzo różne wymagania w zakresie natężenia prądu niż silnik 3600 obr./min), rozmiar VFD oparty wyłącznie na HP prawdopodobnie spowoduje problemy.

Napięcie i faza

W przypadku wejścia trójfazowego krytyczne jest dopasowanie napięcia VFD i silnika do napięcia dostępnego w terenie. Zwykle jest to 208, 230 lub 460 VAC dla zastosowań niskonapięciowych w USA. W przypadku wejścia jednofazowego należy wziąć pod uwagę jeszcze kilka rzeczy. W przypadku, gdy masz silnik 3-fazowy, ale tylko zasilanie jednofazowe, VFD może działać jako konwerter fazy. Jeśli Twoje obciążenie ma 3 KM (w przybliżeniu silnik 230 V AC z FLA poniżej 13,3 A) lub mniej, należy wziąć pod uwagę kilka jednofazowych napędów wejściowych. Jeśli silnik ma moc większą niż 3 KM, można użyć napędu z wejściem trójfazowym, tak długo, jak została odpowiednio obniżona. Zgodnie z ogólną zasadą, należy pomnożyć FLA silnika przez 2, a następnie wybrać VFD o wartości dwukrotnie większej niż FLA silnika. Na przykład, jeśli masz silnik 10 KM z FLA 28 amperów, będziesz potrzebować VFD o mocy ponad 56 amperów dla około 20 KM.

Korzystne jest również zastosowanie dławika sieciowego podczas doprowadzania jednofazowego zasilania wejściowego do przemiennika. Dzieje się tak, ponieważ VFD mogą zanieczyszczać energię. Gdy są używane jako konwertery fazowe, jeszcze bardziej zanieczyszczają jakość energii.

Rodzaj obciążenia (stały moment lub zmienny moment)

W zależności od zastosowania należy wybrać napęd o zmiennym lub stałym momencie obrotowym. Jeśli napędzane urządzenie jest prostym urządzeniem odśrodkowym, takim jak wentylator lub pompa, wówczas bardziej odpowiedni będzie napęd o zmiennym momencie obrotowym. Zastosowania odśrodkowe rzadko przekraczają prąd znamionowy, więc napęd o zmiennym momencie wymaga tylko 120% zdolności przeciążeniowej przez jedną minutę. Ponadto napędy o zmiennym momencie obrotowym mogą zapewnić maksymalną oszczędność energii. Na przykład do uruchomienia wentylatora przy 50% wymagany jest mniejszy moment obrotowy niż przy pełnej prędkości. Praca ze zmiennym momentem pozwala silnikowi zastosować tylko wymagany moment, zmniejszając w ten sposób zużycie energii, co jest jedną z wielu zalet VFD.

W przypadku cięższych zastosowań, które wymagają stałego momentu obrotowego przy wszystkich prędkościach, niezbędne są przetwornice o stałym momencie obrotowym, takie jak przenośniki, pompy wyporowe, prasy wykrojnikowe i wytłaczarki. Na przykład przenośnik pracuje w sposób ciągły, ale wraz ze wzrostem masy taśmy wymaga większej mocy, więc napęd musi być w stanie poradzić sobie z tą różnicą. I dlatego VFD o stałym momencie obrotowym wymagają co najmniej 150% jednominutowej obciążalności prądowej, aby zapobiec skokom obciążenia.

Zakres prędkości

VFD umożliwia silnikowi pracę z mniejszą lub większą prędkością. Ogólnie rzecz biorąc, silnik nie powinien pracować z prędkością mniejszą niż 20% określonej maksymalnej dopuszczalnej prędkości. Podczas pracy silnika z prędkością mniejszą niż ta bez środków ostrożności, aby go chronić, silnik się przegrzeje. Jeśli zamierzasz eksploatować silnik przy niskich prędkościach, należy podjąć odpowiednie środki ostrożności w celu ochrony silnika, takie jak użycie oddzielnego pomocniczego wentylatora chłodzącego.

VFD może również sprawić, że silnik będzie działał szybciej niż wartość prędkości na jego tabliczce znamionowej. Zgodnie z ogólną zasadą, silniki nie powinny pracować szybciej niż 20% ich prędkości znamionowej. Należy pamiętać, że przekroczenie prędkości projektowej spowoduje utratę momentu obrotowego. Ponadto należy upewnić się, że silnik nie pracuje stale powyżej wartości FLA.

Metody sterowania

Kupując VFD, musisz jasno określić swoją metodę sterowania. Wielu użytkowników potrzebuje komunikacji Ethernet, aby uzyskać właściwe informacje z ich napędów do sterowników PLC i systemów automatyzacji produkcji. Więcej operacji zwraca się do tych zaawansowanych systemów komunikacyjnych, ale niektóre niedrogie dyski nie zawierają tych opcji.

Poniżej znajdują się informacje o niektórych metodach kontroli:

  • Sterowanie 2 przewodowe lub sterowanie 3 przewodowe (sterowanie 2 przewodowe jest zwykle przełącznikiem wstrzymania, w pozycji wyłączonej zatrzymuje napęd, a w pozycji włączonej uruchamia napęd. Sterowanie 3-przewodowe pozwala na użycie przycisku start i stop).
  • Potencjometr prędkości – umożliwia operatorowi ustawienie prędkości silnika za pomocą potencjometru.
  • Cyfrowe programowanie/wyświetlacz — umożliwia operatorowi programowanie i rozwiązywanie problemów z przemiennikiem poprzez wprowadzanie wartości za pomocą klawiatury za pomocą wyświetlacza LED lub LCD. Wyświetlacz może być również używany do monitorowania pracy napędu.
  • Wtórnik sygnału analogowego – 4-20mA lub 0-10VDC; dla VFD musi być zapewnione izolowane wejście; należy używać skręconych/ekranowanych par przewodów, a przewody trzymać z dala od 3-fazowego prądu przemiennego, zwłaszcza PWM.
  • Wybór prędkości przełącznika selektora – umożliwia operatorowi wybór spośród kilku wstępnie ustawionych prędkości. Jeśli prędkość jest ustawiana przez PLC i nie ma wyjścia analogowego, można go również użyć.
  • Komunikacja szeregowa — umożliwia napędom o zmiennej częstotliwości komunikację w sieci, takiej jak MODBUS RTU, umożliwiając koordynację i monitorowanie pracy napędu z komputera.
  • Komunikacja Ethernet — umożliwia napędom o zmiennej częstotliwości komunikację w sieci, takiej jak MODBUS TCP/IP, RTMoE (Ruch w czasie rzeczywistym przez Ethernet), Ethernet/IP itp.
  • Gniazda modułów integracji systemu są dostępne do instalacji dodatkowej magistrali polowej, sieci Ethernet, informacji zwrotnej o położeniu, sterowania maszyną i rozszerzonych opcji we/wy.

Niestandardowe produkty VFD

Podobnie jak w przypadku innych urządzeń, dostępna jest wystarczająca liczba akcesoriów do napędów VFD, które są następujące:

  • Odłączyć lub wyłącznik automatyczny
  • HOA (przełącznik Hand/Off/Auto)
  • Światła pilota
  • Pomiń
  • Reaktor liniowy
  • Łagodzenie harmonicznych
  • TVSS
  • filtr dV/dt

Określenie idealnej kombinacji napędów i akcesoriów może być trudne, ponieważ zależy to w dużej mierze od środowiska, zastosowanie i względy prawne.

Końcowe rekomendacje

Ten przewodnik ma na celu ogólne określenie rozmiaru aplikacji i nie ma stanowić wyczerpującego przewodnika. W przypadku niektórych zastosowań i obciążeń mogą być wymagane specjalne wymiary i uwagi. Podczas określania rozmiaru lub określania VFD dla dowolnej aplikacji należy zachować ostrożność i zezwolić na pewne buforowanie w wartościach FLA i przeciążenia. Jest to szczególnie ważne, jeśli masz ładunek, który jest trudny do uruchomienia lub który doświadcza dużych obciążeń podczas pracy. Jeśli masz jakiekolwiek pytania dotyczące wyboru VFD lub masz niestandardowe wymagania, przed zakupem skontaktuj się z pomocą techniczną STEPPERONLINE.