Udostępnij Udostępnij Udostępnij Udostępnij Print

VFD - Napędy o zmiennej częstotliwości – wybór i zastosowanie

-- poniedziałek, 15 maj 2017

Zrozumienie specyfiki konkretnej aplikacji, parametrów konfiguracyjnych oraz identyfikacja źródeł zakłóceń gwarantują maksymalną wydajność i niezawodność napędów o zmiennej częstotliwości.

Obecnie na rynku dostępny jest bardzo duży wybór napędów VFD, nazywanych również falownikami, silnikami prądu zmiennego oraz napędami o zmiennej i regulowanej prędkości. Pomimo różnic w terminologii wszystkie te urządzenia to VFD (Variable Frequency Drives) – kontrolujące prędkość i moment obrotowy silników prądu zmiennego przez dostosowanie częstotliwości i napięcia zasilającego trójfazowych silników indukcyjnych lub synchronicznych.

Nowoczesne napędy o zmiennej częstotliwości spowodowały, że precyzyjna i możliwa w szerokim zakresie zmiana prędkości silników trójfazowych stała się prosta, ale nie zawsze tak było. Chociaż tego typu silniki są znane od późnych lat 80. XIX w., przez prawie 100 lat zmiana ich prędkości obrotowej przysparzała sporych trudności. Liczba biegunów magnetycznych i fizyczna konstrukcja tych silników powodowały, że regulacja prędkości była nieopłacalna, więc w aplikacjach, gdzie wymagana była możliwość zmiany prędkości, wykorzystywano silniki prądu stałego.

W latach 80. XX w. technologia napędów o zmiennej częstotliwości stała się tańsza i bardziej niezawodna. Obecnie napędy VFD skutecznie konkurują z tradycyjnymi silnikami prądu stałego, jednak podczas tworzenia ich specyfikacji bardzo ważne jest, by dobrze zrozumieć specyfikę konkretnej aplikacji, możliwe metody instalacji oraz opcje konfiguracji. Typowe problemy z działaniem i konfiguracją takich napędów to:

-> wybór napędu,

-> przeciążenia,

-> przepięcia,

-> zakłócenia,

-> interferencja elektromagnetyczna i/lub problemy z polem elektromagnetycznym,

-> kwestie związane z uziemieniem,

-> nieprawidłowa konfiguracja.

Obciążenie napędów VFD

Główną funkcją VFD jest zmiana prędkości trójfazowego silnika indukcyjnego. Napęd stanowi także zabezpieczenie przed przeciążeniem, pozwala kontrolować funkcje start/stop oraz daje możliwość regulowania parametrów przyspieszania i hamowania. Programowalne przyspieszanie i prąd sterowany przez procesor pozwalają zredukować prąd rozruchowy, ważny parametr wykorzystywany do szacowania zapotrzebowania na moc całego zakładu, a co za tym idzie – do określenia wysokości opłat dla dostawców energii.

Podczas tworzenia specyfikacji napędu o zmiennej częstotliwości trzeba zrozumieć, jaki napęd będzie pasował najlepiej do danej aplikacji (fot. 1). Przede wszystkim należy rozpatrzyć profil obciążenia w czasie pracy. W aplikacjach, w których mamy do czynienia ze stałym momentem obrotowym, jak przenośniki taśmowe (fot. 2), mieszalniki czy kompresory, lub tych, gdzie moment jest zmienny, jak pompy, wentylatory, dmuchawy, trzeba zwrócić szczególną uwagę na kwestię przeciążenia.

Na przykład zwiększenie prędkości silnika wentylatora może znacząco zwiększyć zapotrzebowanie na moc, ponieważ wartość ta zależy od kwadratu prędkości. Zbyt szybka praca wentylatora może więc spowodować przeciążenie napędu VFD, podczas gdy praca z połową maksymalnej prędkości zmniejsza zapotrzebowanie na moc o 75% lub więcej, co wynika z praw powinowactwa, mających zastosowanie w pompach i wentylatorach.

W wielu aplikacjach można obniżyć zużycie energii dzięki operowaniu na niższej prędkości. Przykładem jest wykorzystanie napędów o zmiennej częstotliwości do regulowania prędkości wentylatora w zależności od obciążenia, zamiast stosowania tłumików do zmniejszania przepływu powietrza z wentylatora pracującego na pełnych obrotach.

By wyeliminować ryzyko przeciążenia napędu, parametry VFD powinny być dobrane na podstawie wartości natężenia przy maksymalnym momencie obrotowym, ponieważ bazowanie na mocy może nie odpowiadać maksymalnemu obciążeniu jednostki VFD. Wprawdzie większość tego typu napędów jest w stanie pracować z urządzeniami o szerokim zakresie mocy maksymalnej, jednak zaleca się przewymiarowanie VFD, jeżeli obliczone wartości są bliskie maksymalnych.

Oczywiście przewymiarowany silnik ma mniejszą sprawność w porównaniu z takim o idealnie dobranych parametrach roboczych, jednak VFD pomaga tak zminimalizować tę nieefektywność, że zwiększenie kosztów niewiele wykracza ponad to, co trzeba zainwestować w przewymiarowany napęd i silnik.

Obciążenie w dźwignicach

Inną aplikacją, w której mogą występować problemy, są dźwignice. Wysokie obciążenie od sił bezwładności musi zostać w nich wyhamowane szybciej, niż obciążenie występujące podczas rozpędzania lub na biegu wstecznym. W obciążeniach od momentu ciągnącego silnik staje się generatorem i wytworzona energia musi zostać rozproszona. Jest wiele sposobów pracy z tego typu obciążeniami.

W niektórych aplikacjach może pomóc przewymiarowany napęd, ale w rzeczywistości działa to tylko w szczególnych przypadkach. O wiele powszechniejsze rozwiązanie to wykorzystanie hamulca dynamicznego z dużymi rezystorami, które przekształcają nadmiarową energię w ciepło. Niektóre napędy VFD mogą wprawdzie wytworzyć do 20% momentu hamującego dzięki wbudowanym opornikom, jednak dodanie zewnętrznego hamulca może znacząco zwiększyć możliwości hamujące całego układu, dlatego nawet duże VFD potrzebują tego typu wsparcia przy pracy z takim obciążeniem.

Częstym problemem w dźwignicach są przepięcia w napędzie podczas hamowania. Jednak odpowiednio dobrany rezystor hamowania zapobiega takim zjawiskom, a nadmiar energii generowanej przez silnik jest rozpraszany w postaci ciepła.

Inne, droższe rozwiązania to np. napędy odzyskujące energię i zwracające ją z powrotem do sieci lub napędy ze wspólną magistralą. W systemach ze wspólną szyną zasilającą każde urządzenie VFD jest podpięte do tej szyny prądu zmiennego, więc nadmiar energii wytworzonej podczas hamowania może być wykorzystany do zasilania innych napędów. Dwa opisane rozwiązania mogą się okazać bardzo opłacalne, jeżeli w konkretnej aplikacji powstaje duży nadmiar mocy.


Przeczytaj także

Badanie rynku: Integracja systemów - 5 czynników wpływających na powodzenie działań integratorów
W badaniu dotyczącym integracji systemów, przeprowadzonym przez Control Engineering, ankietowani wskazali pięć najważniejszych czynników wpływających na przebieg procesów integracji systemów. ... więcej »
Inteligentna automatyka: Platforma dla inteligencji procesowej i ulepszeń procesów
Lukę w komunikacji pomiędzy halą fabryczną a częścią biurową firmy można wypełnić przez integrowanie systemów sterowania procesem z systemem planowania zasobów przedsiębiorstwa (ERP)... więcej »
OMRON: jesteśmy gotowi na przyszłość sektora wytwórczego
Podczas targów Hannover Messe 2017 miałem okazję spotkać się z Timem Foremanem, dyrektorem pionu R&D w Omron Europe, aby porozmawiać z nim o najważniejszych wydatkach... więcej »
Inteligentne maszyny: Urządzenia mechatroniczne – projektowanie pod kątem funkcjonalności
Przyglądając się projektom mechatronicznym, bardzo łatwo dostrzec ich złożoność oraz interdyscyplinarność w podejściu autorów do kwestii konstrukcyjnych. Liczą się tu przede wszystkim takie... więcej »
Inteligentne maszyny: Technologie ery IIoT
Zasadnicze postępy w dziedzinie rozproszonych i połączonych w sieci maszyn, mających możliwość sterowania w czasie rzeczywistym, obejmują heterogeniczną architekturę obliczeniową,... więcej »
Otwarcie Laboratorium Safety na Politechnice Warszawskiej
Dnia 1 czerwca 2017 roku, w trakcie spotkania przedstawicieli firmy Omron Electronics z pracownikami naukowymi Wydziału Inżynierii Produkcji Politechniki Warszawskiej, odbyło się oficjalne... więcej »
 
Aktualne wydanie

Zobacz także

  •   Wydarzenia  
  •   Katalog  

Wydarzenia

PROCESS AUTOMATION
2017-09-07 - 2017-09-08
Miejsce: Kraków
ENERGETAB 2017
2017-09-12 - 2017-09-14
Miejsce: Bielsko Biała
Robotech Robotics Technology Conference
2017-09-19 - 2017-09-19
Miejsce: Wrocław
Europejski Kongres Lean Manufacturing
2017-09-28 - 2017-09-29
Miejsce: Katowice
Targi 4INSULATION
2017-10-11 - 2017-10-12
Miejsce: Kraków
EFE 2. Targi Efektywności Energetycznej
2017-10-11 - 2017-10-12
Miejsce: Kraków

Katalog

ASTOR Sp. z o.o.
ASTOR Sp. z o.o.
Smoleńsk 29
31-112 Kraków
tel. 12 428 63 00

ABB Sp. z o.o.
ABB Sp. z o.o.
Żegańska 1
04-713 Warszawa
tel. 32 79 09 222

Comau Poland Sp. z o.o.
Comau Poland Sp. z o.o.
Turyńska 100
43-100 Tychy
tel. +48 502 185 687

zobacz wszystkie




SONDA


tak
nie
nie wiem


Wydania specjalne

O wydawnictwie   |   Reklama   |   Mapa strony   |   Kontakt   |   Darmowa prenumerata   |   RSS   |   Partnerzy   |   
Copyright © 2003-2017 Trade Media International
zobacz nasze pozostałe strony
Trade Media International Inżynieria & Utrzymanie Ruchu Control Engineering Polska MSI Polska Inteligentny Budynek Design News Polska Almanach Produkcji w Polsce