Jak dobrać silnik i falownik do aplikacji

Fot. snowing / www.freepik.com

Wybierając przemiennik częstotliwości, należy dobrać jego parametry do danej aplikacji, a następnie sprawdzić, czy klasyczny, uniwersalny falownik poradzi sobie z jej obsługą, czy też niezbędna będzie inwestycja w nowoczesne, bardziej inteligentne rozwiązanie.

Podczas wyboru napędu o zmiennej prędkości obrotowej, zwanego również przemiennikiem częstotliwości lub falownikiem, należy najpierw dokładnie przyjrzeć się aplikacji, w której pracować będzie silnik wyposażony w tego typu rozwiązanie. Systemy o stałym momencie obrotowym, takie jak przenośniki, podnośniki, sprężarki lub kruszarki, wymagają zwykle zastosowania falownika przeznaczonego do pracy w ciężkich lub bardzo ciężkich warunkach. Z kolei w przypadku urządzeń o zmiennym momencie obrotowym, w tym dmuchaw odśrodkowych czy pomp, wystarczy zastosować standardowy przemiennik częstotliwości.

Przemienniki częstotliwości przeznaczone do pracy pod bardzo dużymi obciążeniami mogą wytrzymać przeciążenia rzędu 150% przez ok. 2 minuty, a także pracować stale pod obciążeniem rzędu 115%. Z kolei falowniki do pracy w trudnych warunkach otoczenia wykazują odporność na obciążenia 150% przez 1 minutę i mogą pracować w trybie ciągłym pod obciążeniem rzędu 100%. W przeciwieństwie do nich klasyczne falowniki ogólnego przeznaczenia do obsługi m.in. dmuchaw i pomp wykazują mniejszą odporność na przeciążenia (120% przez 1 minutę), ale również mogą stale pracować pod obciążeniem 100%.

Po dostosowaniu obciążenia falownika do aplikacji należy zawsze upewnić się, że maksymalne natężenie prądu płynącego przez silnik jest niższe lub równe temu charakterystycznemu dla falownika. Ponieważ przemienniki częstotliwości są urządzeniami prądowymi, należy zawsze wymiarować je na podstawie ich maksymalnego amperażu i woltażu, nie zaś mocy (kW). Nie zaleca się również stosowania współczynnika serwisowego silnika podanego na jego tabliczce znamionowej jako podstawy określenia maksymalnego natężenia prądu falownika.

Dostępne dziś na rynku przemienniki częstotliwości ogólnego przeznaczenia są opisywane coraz częściej za pomocą dwóch grup parametrów ? pracy pod normalnym i dużym obciążeniem. Przykładowo, jeden i ten sam falownik może osiągać moc 15 kW przy dużych obciążeniach i pracować okresowo przy przeciążeniu 150%, a także osiągać moc 18 kW przy średnich obciążeniach, pracując okresowo przy przeciążeniu 120%. Falownik wykazuje więc de facto dwa różne maksymalne amperaże, a ich dobór zależy od sposobu zaprogramowania falownika ? do pracy pod normalnym lub dużym obciążeniem.

Aplikacje o stałym momencie obrotowym obejmują przenośniki, sprężarki i wciągniki. Z kolei do tych o zmiennym momencie obrotowym zaliczamy m.in. pompy i dmuchawy. | Źródło: Toshiba International

Falowniki w sieciach przemysłowych

Wraz z rozwojem Przemysłowego Internetu Rzeczy (IIoT) oraz systemów sterowania także przemienniki częstotliwości stopniowo ewoluują. Coraz częściej urządzenia tego typu są wyposażane we wbudowane protokoły komunikacyjne, takie jak EtherNet/IP, Modbus TCP czy Modbus RTU. Wielu producentów oferuje również opcję ich doposażenia w zewnętrzne, opcjonalne karty komunikacyjne do obsługi dodatkowych protokołów, takich jak Profibus czy DeviceNet.

Przemienniki częstotliwości z protokołem EtherNet/IP zapewniają możliwość korzystania z wbudowanego serwera sieciowego oraz dodatkowego oprogramowania falownika do obsługi na laptopie lub tablecie. Znacznie ułatwia to uruchomienie aplikacji i umożliwia analizę danych w czasie rzeczywistym.

Po wyborze, a przed instalacją falownika należy najpierw ustalić, jak będzie on uruchamiany i sterowany. Znacznie skraca to czas programowania urządzenia. Większość falowników wymaga bowiem określenia metody ich startu i zatrzymania, np. z poziomu klawiatury, listwy zaciskowej z wejściami cyfrowymi lub sieci komunikacyjnych, takich jak EtherNet/IP. Należy także określić metodę sterowania prędkością urządzenia. Tu również wykorzystuje się najczęściej klawiaturę, listwę zaciskową z wejściami analogowymi bądź cyfrowymi albo protokoły komunikacyjne, takie jak Modbus TCP.

Najważniejszy jest jednak odpowiedni dobór falownika i silnika z uwzględnieniem aplikacji, w której będą pracowały. Tylko właściwe ich zestawienie ? w połączeniu z odpowiednią metodą sterowania uruchomieniem, zatrzymaniem i prędkością obrotową ? zapewnia efektywną pracę całego zestawu, zwiększając wydajność aplikacji.


Joshua Jagnanan jest starszym inżynierem aplikacji ds. falowników niskiego napięcia w dziale falowników i napędów firmy Toshiba International.