Co je to frekvenční měnič? Jak vybrat frekvenční měnič pro motor? Návod

Frekvenční měniče (neboli frekvenční měniče) jsou elektronická zařízení sloužící ke změně otáček a točivého momentu asynchronních elektromotorů. Obvykle se používá v automatických řídicích systémech, včetně průmyslových a komerčních systémů, jako jsou čerpadla, ventilátory, kompresory, dopravníky a další.

Jak funguje frekvenční měnič?

Frekvenční měnič mění frekvenci a napájecí napětí motoru, což umožňuje řídit jeho otáčky a točivý moment. Pohon s proměnnou rychlostí lze použít ke zvýšení nebo snížení rychlosti motoru v závislosti na požadavcích procesu.

Aby frekvenční měnič motoru správně fungoval, je třeba vzít v úvahu několik faktorů: typ motoru, jeho výkon, jmenovitou frekvenci a napětí a také požadovaný rozsah otáček. Dále je nutné zajistit správnou konfiguraci parametrů frekvenčního měniče a volbu optimálního nastavení v závislosti na konkrétních provozních podmínkách.

Výhody frekvenčních měničů

Než si frekvenční měnič zakoupíte, informujte se o jedné z jeho hlavních výhod – možnosti výrazně snížit spotřebu energie při provozu. Tyto úspory mohou výrazně snížit náklady na energii. Použití frekvenčního měniče navíc zlepší přesnost řízení procesu, sníží opotřebení a poškození zařízení.

Zvažte další výhody, díky nimž jsou efektivnější a snadněji použitelné než jiné metody řízení motoru.

1. Energetická účinnost: Jednou z hlavních výhod používání měničů je jejich schopnost poskytovat energetickou účinnost. Pomocí frekvenčního měniče lze upravit otáčky motoru, snížit spotřebu energie a zlepšit energetickou účinnost.
2. Variabilní rychlost: Pohony s proměnnou rychlostí poskytují variabilní řízení rychlosti motoru, takže jsou ideální volbou pro aplikace, které vyžadují různé rychlosti otáčení (jako je ladění procesu nebo snížení opotřebení zařízení). Regulace otáček umožňuje jemně doladit otáčky motoru a udržovat je na konstantní úrovni, což zvyšuje přesnost a kvalitu procesu.
3. Prodloužení životnosti motoru: Použití frekvenčních měničů může také zvýšit životnost motoru. Je to proto, že frekvenční měnič může pomoci snížit namáhání motoru, snížit tření a opotřebení, což může vést k delší životnosti.

Které elektromotory lze ovládat pomocí frekvenčního měniče?

Existuje velké množství typů elektromotorů, které lze ovládat pomocí různých typů frekvenčních měničů:

• Asynchronní (indukční) motory s rotorem nakrátko,
• Asynchronní motory s vnějším rotorem,
• Synchronní motory.

Vše, co bude napsáno v tomto článku, se bude týkat tří nejběžnějších typů indukčních motorů s kotvou nakrátko.

Jednofázové asynchronní motory s rotorem nakrátko a napájecím napětím 220 V

Pro řízení tohoto typu motoru je použit frekvenční měnič pro jednofázový motor řady SPLC-NZE o výkonu od 0.75 do 3.7 kW, který může pracovat pouze ve skalárním režimu.

Třífázové asynchronní motory s připojením do trojúhelníku, rotorem nakrátko a vstupním napětím 220 V

Řízení tohoto typu motoru je možné ve vektorovém a skalárním režimu. Typ řízení elektromotoru závisí na úloze a řadě měniče.

Měniče frekvence 220V s 3fázovým výstupem řady SPLC-ESD, SPLC-ESD2 a SPLC-NLP1000 zajistí skalární řízení motoru. Série frekvenčních měničů SPLC-AT20 bude poskytovat vektorové řízení.

Třífázové asynchronní motory s hvězdicovým zapojením fází s rotorem nakrátko a napájecím napětím 380V

Řízení tohoto typu motoru je možné také ve vektorovém a skalárním režimu.

Pokud máte síť 220V a potřebujete nastartovat 3fázový motor s napájecím napětím 380V, zvolte frekvenční měnič 220/380 řady SPLC-NZ2200.

Pokud máte 380V síť a potřebujete skalární řízení motoru, je vaší volbou frekvenční měnič řady SPLC-NLP1000.

Pokud máte 380V síť a potřebujete vektorové řízení motoru, zvažte nákup řady SPLC-AT20 nebo SPLC-NZ8400.

Jaké typy frekvenčních měničů existují?

Pohony s proměnnou frekvencí jsou pohony s proměnnou frekvencí (VFD), které se používají k řízení rychlosti a točivého momentu elektromotorů. Fungují tak, že převádějí vstupní střídavý výkon na stejnosměrný výkon a poté zpět na střídavý výkon s proměnnou frekvencí a napětím pro regulaci rychlosti motoru.

Existují tři hlavní typy pohonů s proměnnou rychlostí: skalární (V/F), vektorové (FOC) a přímé řízení točivého momentu (DTC). Každý typ má své silné a slabé stránky, takže výběr měniče závisí na konkrétní aplikaci a typu motoru.

Skalární frekvenční měniče (V/F)

U/F převodníky, známé také jako skalární převodníky, jsou nejjednodušším a nejběžnějším typem frekvenčního měniče. Fungují tak, že udržují pevný poměr napětí a frekvence, běžně označovaný jako „poměr V/F“. Jak se frekvence mění, napětí se proporcionálně upravuje tak, aby byl zachován poměr V/F.

Skalární frekvenční měniče se obvykle používají se standardními třífázovými indukčními motory s konstantním momentem. Jsou vhodné pro aplikace, kde řízení rychlosti není kritické (např. ventilátory, čerpadla a dopravníky).

Na našem webu je několik typů frekvenčních měničů, které mohou pracovat ve skalárním režimu:

1. Řada SPLC-ESD je frekvenční měnič ekonomické řady pro 3-fázové motory s nízkým výkonem od 0.2 do 1.1 kW.
2. Řada SPLC-NLP1000 je frekvenční měnič pro třífázové motory s výkonem do 220 kW.
3. Řada SPLC-AT20 je frekvenční měnič pro 3P motory s výkonem až 280 kW, který může pracovat v režimu vektorového i skalárního řízení.

Vektorové frekvenční měniče

Vektorové převodníky jsou také známé jako převodníky řízené polem (FOC). Jsou pokročilejší než skalární, protože používají složitější řídicí algoritmus, který bere v úvahu magnetické pole motoru a polohu rotoru. To umožňuje přesnější řízení otáček a točivého momentu motoru a také se dobře hodí pro aplikace, kde je vyžadována vysoce výkonná regulace otáček: obráběcí stroje, kompresory, jeřáby, robotika a jakékoli další aplikace, kde je vyžadována přesná regulace otáček.

Vektorové převodníky se zase dělí na 2 typy:

1. Bezsenzorové vektorové řízení (SFVC)
2. Vektorové řízení s uzavřenou smyčkou (CLVC)

Bezsenzorové vektorové řízení (SFVC)

Jedná se o způsob řízení indukčního motoru, který využívá matematický model k řízení točivého momentu a rychlosti motoru. Spoléhá na měření proudu a napětí a výpočet frekvence a výkonu motoru pro určení jeho rychlosti a polohy rotoru. Tato metoda nevyžaduje použití snímačů polohy rotoru, takže je ekonomičtější a snadněji se instaluje. SFVC používá matematické algoritmy pro výpočet polohy rotoru, který ji určuje na základě naměřených parametrů. Výhodou metody SFVC je dosažení vysoké přesnosti při zachování točivého momentu a otáček asynchronního motoru. Kromě toho tato metoda zajišťuje hladší start a zastavení motoru, jakož i zlepšenou účinnost a úsporu energie.

Podpůrné frekvenční měniče (SFVC) se používají pro řízení dopravníků, kompresorů, vřeten obráběcích strojů a dalších aplikací, kde je přijatelná stabilita udržování rychlosti otáčení v rozmezí +/-0,5 % nastavené hodnoty.

Bezsenzorové vektorové řízení je implementováno v řadách SPLC-AT20 a SPLC-NZ8400.

Vektorové řízení s uzavřenou smyčkou (CLVC)

Řízení indukčního motoru s uzavřenou smyčkou vektorového řízení (CLVC) je metoda, která využívá zpětnovazební informace ze senzorů k přesnému řízení rychlosti a polohy rotoru motoru.

CLVC poskytuje přesnější řízení rychlosti a točivého momentu než SFVC, protože využívá zpětnovazební senzory, enkodéry, které měří rychlost a polohu rotoru. To umožňuje ovladači řídit otáčky motoru s vysokou přesností, poskytovat měkké spouštění a zastavování, stejně jako přesné řízení polohy rotoru, což může být důležité pro některé aplikace. Tento typ frekvenčních měničů se používá na kreslících strojích, tiskařských zařízeních a strojích vyžadujících zvýšenou přesnost pro udržení rychlosti a točivého momentu. Algoritmus CLVC zajišťuje stabilitu udržování rychlosti otáčení v rozmezí +/-0,02 % nastavené hodnoty.

V řadě SPLC-NZ8400 je také implementováno vektorové řízení s uzavřenou smyčkou (CLVC). Při použití tohoto převodníku je vybaven přídavnou zpětnovazební deskou a enkodérem, které je nutné objednat samostatně.

Měniče s přímým řízením točivého momentu (DTC).

Měniče Direct Torque Control (DTC) jsou pokročilejším typem frekvenčního měniče. Používají prediktivní algoritmus pro výpočet požadovaného napětí a frekvence motoru na základě požadovaného točivého momentu a otáček.

Převodníky DTC poskytují nejpřesnější řízení rychlosti a točivého momentu motoru, díky čemuž jsou vhodné pro aplikace vyžadující vysoce přesné řízení – jako jsou tiskařské lisy, extrudéry, jeřáby a textilní stroje. Jsou však také nejsložitějším a nejdražším typem převodníku.

Algoritmus řízení točivého momentu elektromotoru je implementován v frekvenčních měničích řady SPLC-NZ8400. Přesnost udržování točivého momentu je ±5 %. Vysokou přesnost udržování a vývoje točivého momentu, zejména při nízkých frekvencích, zajišťuje frekvenční měnič pro jeřáby řady SPLC-CV20, který v provozním režimu se zpětnou vazbou enkodéru poskytuje rozběhový moment až 180 % a přesnost udržení točivého momentu ±3 %.

Přesnost chodu tohoto systému je více ovlivněna kvalitou elektromotoru. Pokud je pro vaši aplikaci rozhodující přesné řízení točivého momentu, zvažte použití servomotoru. Tento typ motoru se mnohem lépe vyrovná s úkoly udržování daného točivého momentu.

Co se stane s točivým momentem asynchronního motoru při použití frekvenčního měniče?

Kroutící moment je velmi důležitým aspektem provozu frekvenčního měniče a bohužel se k němu často při výběru frekvenčního měniče nepřihlíží.

Točivý moment indukčního motoru a frekvenčního skalárního měniče

Při skalárním frekvenčním převodu je točivý moment asynchronního motoru úměrný druhé mocnině napájecího napětí a nepřímo úměrný frekvenci. To znamená, že pokud frekvence klesá, klesá i točivý moment.

V praxi to znamená, že pokud je třeba snížit otáčky motoru, musí se snížit i frekvence napájení motoru. S klesající frekvencí se však bude snižovat i moment motoru. Toto snížení točivého momentu může způsobit problémy, jako je nedostatečná regulace a možné zhasnutí motoru, pokud je zatížení příliš velké.

Aby se kompenzovalo toto snížení točivého momentu, skalární měnič frekvence často zvyšuje napětí dodávané do motoru, když se frekvence snižuje. Tato funkce se nazývá boost. Pomáhá udržovat dostupný točivý moment a zabraňuje zhasnutí motoru. Tato metoda má však omezení a nemusí být vhodná pro aplikace s vysokými požadavky na rozběhový moment nebo tam, kde se zatížení velmi mění. V těchto případech mohou být vhodnější vektorové frekvenční měniče.

Co se stane s točivým momentem indukčního motoru při nízkých frekvencích, pokud je použit vektorový frekvenční měnič?

S vektorovým řízením může být točivý moment indukčního motoru udržován na nízkých frekvencích bez zvýšení napájecího napětí, jak se to děje u skalárního řízení. Toho je dosaženo zpětnou vazbou na rotor, která umožňuje přesné určení polohy a rychlosti rotoru.

Při nízkých frekvencích tedy může vektorový frekvenční měnič poskytovat vysoký točivý moment, což umožňuje použití indukčních motorů v aplikacích s vysokými požadavky na točivý moment během spouštění nebo provozu s vysokým zatížením.

Aby toho bylo dosaženo, vektorový převodník používá dva způsoby řízení: řízení proudu a řízení napětí. Řízení proudu umožňuje přesné řízení statorových a rotorových proudů, což umožňuje přesné určení polohy a rychlosti rotoru. Regulace napětí vám umožňuje přesně řídit napětí statoru a udržovat ho na požadované úrovni pro zajištění požadovaného točivého momentu.

Vektorový frekvenční měnič tak umožňuje dosáhnout vysoké přesnosti při udržování zadaných otáček a točivého momentu, což z něj činí efektivní řešení pro mnoho aplikací.

To znamená, že pokud potřebujete výrazně snížit rychlost otáčení asynchronního motoru, ale velké snížení točivého momentu není přijatelné, musíte zvolit vektorový frekvenční měnič.

Jak vybrat frekvenční měnič?

V článku „Jak vybrat frekvenční měnič?“ ze série článků o frekvenčních měničích je uvedena řada příkladů, které vám pomohou učinit informovanější volbu. Níže jsou uvedeny nejdůležitější parametry, kterým je třeba věnovat pozornost:

1. Výkon: Pro provoz zvoleného motoru je nutné vybrat měnič s dostatečným výkonem. Zde byste měli věnovat pozornost podmínkám pro startování motoru. Pokud je počáteční točivý moment velmi vysoký, možná budete muset zvolit vyšší výkonový frekvenční měnič.
2. Napětí: Převodník musí být kompatibilní s napájecím napětím systému. Můžete si vybrat frekvenční generátor s napájením od 1F/220V do 3F/380V.
3. Proud: Pro provoz motoru je nutné zvolit měnič s dostatečným proudem. Informace o proudu motoru lze získat z jeho typového štítku a přípustný proud měniče kmitočtu z jeho dokumentace.
4. Typ motoru: Musíte vybrat měnič, který je kompatibilní s typem motoru, který bude v systému použit. Frekvenční měniče můžete použít pro řízení jednofázových i třífázových motorů napájených 220V a 380V.
5. Ovládání: Vyberte pohon, který poskytuje požadovanou úroveň ovládání otáček motoru, polohy a dalších parametrů podle požadavků programu. Zde se musíte rozhodnout, v jakém rozsahu otáček budete elektromotor používat, jaké požadavky na přesnost udržování otáček a točivého momentu kladete. A podle těchto požadavků se rozhodněte, jaký typ frekvenčního generátoru potřebujete: skalární, vektorový bez zpětnovazebních senzorů nebo se zpětnovazebními senzory.
6. Jaké další vybavení je potřeba k připojení frekvenčního měniče? V tomto okamžiku se musíte rozhodnout, zda potřebujete vstupní a výstupní tlumivku, EMC filtry, brzdný odpor a stejnosměrnou tlumivku.
7. Komunikace: Pokud se systém musí připojit k dalším zařízením, musíte vybrat převodník s vhodnými možnostmi komunikace. Musíte rozhodnout o typech vstupních a výstupních řídicích signálů. Mohou to být diskrétní a analogové vstupní a výstupní signály. Vyberte také typ komunikačního protokolu. V současné době naše frekvenční měniče podporují následující protokoly: Modbus (standardní), Profibus-DP (volitelně), CANlink (volitelně), CAN (volitelně).
8. Instalace: Vyberte převodník, který splňuje požadavky místa instalace a lze jej nainstalovat bez dalších úprav systému. Většina frekvenčních měničů má stupeň krytí IP20, což vyžaduje instalaci frekvenčních měničů do elektrické skříně, nejlépe s nuceným větráním. Existují ale i specializované frekvenční měniče se stupněm krytí IP65, například řada SPLC-NZS, které umožňují otevřenou instalaci regulátoru frekvence na ochranu před stříkající vodou.
9. Technická podpora: Vyberte výrobce, který může poskytnout odpovídající technickou podporu, poradenství a poprodejní servis.

Získejte technickou podporu Kvalifikovaní specialisté na automatizaci PE vám poskytnou potřebné rady při výběru, instalaci a konfiguraci frekvenčního měniče. Pomůžeme vám také vybrat potřebné periferní zařízení a opravit váš převodník. Volejte zdarma v rámci Ukrajiny +38 0800 210 317