Przemienniki Częstotliwości

Automatyka

Temat : Metody sterowania przemienników częstotliwości

Spis treści :

1. Co to jest przemienników częstotliwości ?
2. Podział ze względu na zasilanie .
3. Metody sterowania
4. Tabliczka znamionowa .
5. Zabezpieczania
6. Przewód do połączenia silnik-falownik
7. Komunikacja

1.Przemiennik częstotliwości

Tak jak można zauważyć składa się z 3 części . W pierwszej z nich napięcie poddaje się wyprostowaniu przez zastosowanie prostownika (AC/DC) . W drugiej części stosuje się układ, który stabilizuje i wygładza napięcie. A w końcowej fazie składa się z Falownika, który ma za zadanie zamienienie prądu stałego(DC/AC) na prąd przemienny o regulowanej częstotliwości .

Często pojęcie falownik stosuje się przemiennie z przemiennikiem częstotliwości zaś to są dwa różne urządzenia. Pomimo czasami podobnego wyglądu .

Czyli ogólna definicja Przemiennika częstotliwości może brzmieć

Przemiennik częstotliwości jest zespołem układów, których pełna współpraca zamienia prąd przemienny o stałej częstotliwości w prąd przemienny o regulowanej częstotliwości.

2. Zasilanie

• Zasilanie jednofazowe z wyjściem do silników jednofazowych

Najczęściej Przemienniki częstotliwości do silników jednofazowych stosowane są w do zasilania wentylatorów. Ze względu na pewne ograniczenia związane z poborem prądu produkuje się je do kilku kilowatów mocy. Więc znajdziemy je w małych maszynach i urządzeniach. Różnica pomiędzy falownikami zasilanymi jednofazowo, a do silników jednofazowych jest kluczowa. Te pierwsze posiadają konstrukcję w której urządzenie jest zasilane z jednej fazy, zaś wyjście jest trójfazowe. Z kolei falowniki do silników jednofazowych mają wyjście jednofazowe.

• zasilanie jednofazowe z wyjściem do silników trójfazowych

Zasilane są z napięciem 230 VAC. Na wyjściu mają 3 fazy. Wykorzystywane są w aplikacjach z małymi silnikami do 4 kW.

•  zasilanie trójfazowe z wyjściem do silników trójfazowych

Zasilane są napięciem 3x400VAC. Na wyjściu falowników jest 3 fazy. Posiadają one możliwość pracy w większych aplikacjach. Dostępność falowników 3 fazowych o mocy od 0,4kW nawet do 800 kW pozwala na dobór idealnego   rozwiązania

3.Metody sterowania

a) Skalarne

Sterowanie skalarne, czyli sterowanie U/f, jest najpowszechniejszym trybem sterowania silnikiem elektrycznym za pomocą falownika ze względu na swoją prostotę . Tryb skalarny bazuje na stałym stosunku napięcia do częstotliwości. Stały stosunek napięcia do częstotliwości zapewnia wytworzenie znamionowego strumienia magnetycznego w silniku, a co za tym idzie, pozwala uzyskać maksymalny moment obrotowy pracy silnika elektrycznego. Nastawiane są tylko amplitudy i prędkości kątowe (częstotliwości) wektorów przestrzennych napięć, prądów i strumieni skojarzonych silnika.

Zastosowanie :

Stosowane są w prostych aplikacjach, gdzie nie jest wymagana dokładna regulacja prędkości obrotowej oraz tam gdzie obciążenie charakteryzuje się niewielką bezwładnością. Tego typu falowniki wykorzystuje się głównie w urządzeniach takich, jak wentylatory, pompy lub taśmociągach bądź też przenośnikach ,a więc wszędzie tam gdzie mamy do czynienia z obciążeniem zmiennomomentowym.

b) Wektorowe

Dzielą się dodatkowo na bezczujnikowe i ze sprzężeniem zwrotnym. Różnica występuje w metodzie wyznaczania prędkości obrotowej wirnika silnika. Dla falowników bezczujnikowych, prędkość obrotowa obliczana jest na podstawie modelu matematycznego silnika. W przypadku falowników ze sprzężeniem zwrotnym, pomiar aktualnej wartości prędkości odbywa się za pomocą enkodera inkrementalnego, który zamontowany jest na wale silnika.

Zastosowanie :

 Aplikacje w której ważne jest utrzymanie stałej wartości momentu obrotowego.

c) Metoda DTC – bezpośrednie sterowanie momentem

Metoda bezpośredniego sterowania momentem DTC (Direct Torque Control). Metoda DTC zakłada sterowanie momentem oraz strumieniem skojarzonym stojana silnika w sposób bezpośredni, a nie za pomocą kontroli prądu stojana. Pozwala ona uzyskać bardzo precyzyjną kontrole nad układem napędowym. W wypadku sterowania DTC wyznacza się odpowiedni sposób generacji sygnałów sterujących przełączaniem poszczególnych tranzystorów w falowniku w zależności od aktualnego stanu elektromagnetycznego silnika. W procesie sterowania nie jest też niezbędny pomiar położenia wału silnika, co jest jedną z podstawowych zalet tej metody.

4.Tablczka znamionowa

Aby  odpowiednio zaprogramować przemiennik częstotliwości należy po pierwsze dobrać odpowiedni sprzęt ze względu na moc do urządzenia, które ma być zasilane .

Najważniejsze parametry na jakie należy zwrócić uwagę przy programowaniu  :

1. Napięcie znamionowe
2. Moc znamionowa
3. Częstotliwość znamionowa
4. Prąd znamionowy
5. Znamionowa prędkość obrotowa
6. Współczynnik mocy

5.Zabezpieczenia

Każdy przemiennik częstotliwości powinien być też zabezpieczony przed zwarciem i przeciążeniem .

Przykład tabeli zabezpieczeń dla falowników 3 fazowych serii IG5A  .

6.Właściwy kabel do podłączenia

Ważnym aspektem pracy przemiennika z silnikiem jest dobór odpowiedniego Kabla.

Przewód między silnikiem a falownikiem najlepiej, aby był ekranowany.  

7.Komunikacja

a) Przemienniki Częstotliwości posiadają zazwyczaj Panel LCP dzięki niemu można monitorować wartości U, I, f podczas pracy silnika jak i zarówno zmieniać nastawy częstotliwości. Można także włączyć i wyłączyć zasilany napęd .

b) Przemienniki można także sterować za pomocą wbudowanych w nich wejść cyfrowych i analogowych

Sygnały cyfrowe mogą przyjmować wartość ON lub OFF w krótszych lub dłuższych przedziałach czasowych.

Zaś sterowanie analogowe może odbywać się przez potencjometr o odpowiedniej rezystancji .

Parametry pracy :

• Wejście napięciowe: 0-10 V (rezystor zmienny jest wejściem napięciowym).

• Wejście prądowe: 0-20 mA lub 4-20 mA.

c) Komunikacja może odbywać się także po protokole komunikacyjnym  

Na przykład :

Modbus RTU

Modbus TCP

CANopen

USS Protocol

PROFIBUS

DeviceNet

Wersja w PDF