Hledat Přihlásit se Košík CZ / EN

FREKVENČNÍ MĚNIČE A VŠE O NICH


Frekvenční měnič je zařízení sloužící k regulaci otáček elektromotorů. Změny otáček se dociluje současnou změnou frekvence a napětí, po dosažení jmenovitých hodnot napětí pouze změnou frekvence.

Použití

Regulace měničem se používá všude tam, kde je třeba dosáhnout jiných trvalých otáček elektromotoru, kde je třeba plynule či skokově měnit rychlost otáčení, případně přímo řídit výstupní moment. Často se též používají pro řízený rozběh a doběh bez proudových a mechanických rázů v aplikacích s velkou sertrvačností (pro lehké rozběhy je možno použít levnější komponenty typu softstartér). Při rozběhu pohonu měničem se dosahuje výrazného snížení proudových a momentových rázů.

V neposlední řadě umožňuje nasazení měniče dosáhnout značných úspor energie především v aplikacích, kde regulace rychlosti nahradí nutnost škrticí klapky či přepadu (ventilátory, čerpadla).

Díky regulaci rychlosti Vaší technologie také můžete docílit optimalizace produktivity a/nebo vylepšit kvalitu produkce. Náklady na pořízení měniče se Vám tak mohou mnohonásobně vrátit v relativně krátkém časovém intervalu.


Napájecí napětí

Frekvenční měniče jsou určeny k řízení třífázových elektromotorů. Na vstupu je měnič napájen střídavým napětím (jednofázovým nebo třífázovým), ve vnitřních obvodech je napětí usměrněno a na výstupu měniče střídačem převedeno na třífázové střídavé napětí o požadované frekvenci. Dle typu vstupního napětí lze měniče rozdělit následovně:

  • měniče s jednofázovým vstupním napájením 
    • v naší síti obvykle 1AC230 V a třífázovým výstupem pro motory, které je možno napájet 3AC230 V do trojúhelníku
      • doporučujeme si ověřit tuto možnost na štítku motoru nebo v jeho technické dokumentaci
    • nevýhodou může být u vyšších výkonů (od cca 1,5 kW) poměrně vysoký proudový odběr z jednofázového napájení měniče
    • výhodou je podstatně nižší pořizovací cena měniče
    • měniče s třífázovým vstupním napájením
      • v naší síti obvykle 3AC400 V, v některých průmyslových sítích 3AC500 V, výjimečně též 3AC230 V a třífázovým výstupem v odpovídajícím napětí
      • jedinou nevýhodou je v tomto případě vyšší pořizovací cena měničů

    Typy zátěže

    • konstantní zátěž
      • aplikace, kde se v závislosti na otáčkách zátěž nemění (např.  dopravníky, obráběcí stroje, mlýny a drtiče aj.)
      • často bývá též označována jako HO – High Overload (vysoká přetížitelnost)
    • kvadratická zátěž
      • aplikace, kde při zvyšování otáček dochází ke kvadratickému nárůstu zátěže (typicky ventilátory a odstředivá čerpadla)
      • často bývá též označována jako LO – Low Overload (nízká přetížitelnost)

    Metody regulace

    • lineární charakteristika
      • nejjednodušší metoda řízení, vhodná pro dynamicky nenáročné aplikace s konstantní zátěží
      • používá se též v případě paralelního řízení více motorů jedním měničem
      • změna napětí a frekvence probíhá v tomto případě lineárně
      • k dispozici u všech námi dodávaných řad měničů

    • kvadratická charakteristika
      • určeno výhradně pro pohony s kvadratickou zátěží
      • metodu je možno použít i při paralelním řízení více motorů s kvadratickou zátěží
      • k dispozici u všech námi dodávaných řad měničů

    • vektorové řízení bez zpětné otáčkové vazby
      • pro dynamicky náročnější aplikace, bez zpětné otáčkové vazby z rotačního čidla na elektromotoru
      • výhodou je vysoký moment od velmi nízkých otáček a vyrovnávání otáček při změně zátěže a lepší dynamika
      • k dispozici u měničů Micromaster 440 a Sinamics G120

    • vektorové řízení se zpětnou otáčkovou vazbou
      • pro dynamicky náročnější aplikace, se zpětnou otáčkovou vazbou z rotačního čidla na elektromotoru
      • měnič musí být vybaven tzv. enkodérem
      • výhodou je jmenovitý moment i při nulových otáčkách, nezávislost otáček na zátěži a lepší dynamika
      • jedná se o optimální metodu řízení asynchronního motoru
      • k dispozici u měničů Micromaster 440 a Sinamics G120 s enkodérem

    • FCC – řízení s aktivní regulací omezení proudu
      • používá se u malých výkonů motoru, které se vyznačují velkým odporem statorového vinutí (typicky do 4 kW)
      • omezuje špičkový proud tak, aby nedocházelo k výpadkům pohonu v důsledku proudového přetížení
      • k dispozici u všech měničů řady Micromaster 4 a u Sinamics G120

    • vícebodová charakteristika
      • používá se ve speciálních případech, kdy je možno lineární charakteristiku definovat více nezávislými body
      • k dispozici u všech výše uvedených řad měničů

    • přímé řízení momentu bez zpětné vazby
      • určeno pro aplikace, kde je stanovena cílová hodnota momentu
      • otáčky pohonu jsou automaticky přizpůsobeny tak, aby moment odpovídal požadované hodnotě (tedy nelze zároveň nezávisle regulovat otáčky i moment
      • k dispozici u měničů Micromaster 440 a Sinamics G120

      • přímé řízení momentu se zpětnou vazbou
        • určeno pro aplikace, kde je stanovena cílová hodnota momentu
        • otáčky pohonu jsou automaticky přizpůsobeny tak, aby moment odpovídal požadované hodnotě (tedy nelze zároveň nezávisle regulovat otáčky i moment)
        • momentu je dosaženo i při nulových otáčkách
        • na motoru musí být instalováno rotační čidlo a měnič musí být vybaven modulem Enkoder
        • k dispozici u měničů Micromaster 440 a Sinamics G120 s enkodérem

    • další speciální metody
      • např. mód EKO, speciální metody řízení čerpadel u Micromaster 430, speciální režim pro textilní stroje u Micromaster 440 apod.

    Možnosti řízení, chování motoru

    Všechny námi nabízené měniče umožňují změnu kmitočtu od 0 do 650 Hz. To je podstatně více, než je povolený rozsah otáček asynchronních elektromotorů. Díky tomu je možné regulovat otáčky plynule v obou směrech otáčení a v plném rozsahu povolených otáček daných vlastnostmi konkrétního motoru.

    Při dimenzování pohonu je třeba brát v potaz tu vlastnost, že motor ve spojení s měničem nedosahuje plných jmenovitých hodnot výkonu, ale nejčastěji hodnot o 10 – 15 % nižších. Navíc dochází při zpomalování motoru ke snižování výkonu, při zrychlování naopak k poklesu krouticího momentu.

    Měniče Vám umožní motor regulovat následovně:

    1. plynulá regulace

    2. regulace v nastavených frekvencích (u jednoduchých měničů až 3 pevné frekvence, u vyšších řad 6 pevných frekvencí nebo více)

    Způsob ovládání

    Ovládání měniče je možno realizovat několika různými způsoby:

    • manuální ovládání pomocí ovládacího panelu 
      • nutno zakoupit doplňkový ovládací panel do čela měniče
      • ovládací panel je vybaven monochromatickým LCD displejem a tlačítky pro start, stop, zvýšení a snížení hodnoty, reverzaci, krokování a programovaní měniče
    • manuální nebo automatické ovládání prostřednictvím externích ovládacích prvků s výstupem na řídicí svorkovnici měniče
      • měnič má vlastní zdroj ovládacího napětí DC24V pro digitální vstupy, není tudíž nic jednoduššího než připojit vlastní spínače
      • digitální vstupy (0/1) je možno nastavit tak, aby po sepnutí vyvolaly funkci, kterou požadujete (např. funkce start/stop v libovolném směru, reverzace, aktivace rychlého zastavení, spuštění do přednastavené pevné frekvence v libovolném směru, nulování poruchy, zvýšení či snížení frekvence, aktivace krokování apod.) 
      • na analogovém vstupu je potom možno regulovat otáčky prostřednictvím potenciometru nebo jiného analogového zdroje (napěťově 0 – 10 V, u vyšších řad měničů též proudově 0 – 20 mA nebo 4 – 20 mA)
        • analogový vstup je možno kalibrovat na požadovaný rozsah
        • pro analogový vstup mají měniče k dispozici zdroj DC10 V
        • všechny tyto vstupy mohou být také použity pro připojení automatických spínačů (koncová a polohová čidla apod. pro spínání digitálních vstupů nebo různých měřicích komponent s analogovým výstupem pro regulaci otáček prostřednictvím analogových vstupů)
    • dálkové řízení z PLC nebo jiného řídicího systému
      • měniče mohou být řízeny prostřednictvím různých řídicích protokolů po standardních sběrnicích (Profibus, Profinet, sériové rozhraní apod.)
      • možnosti komunikace po standardizovaných sběrnicích se mezi jednotlivými řadami liší, některé mohou být integrovány přímo v měniči, pro jiné je nutné dokoupení komunikačních rozhraní
    • automatická regulace prostřednictvím zpětné vazby
      • velmi častou metodou regulace je také regulace rychlosti otáček pomocí zpětné vazby s cílem dosažení a udržení požadované cílové hodnoty
        • k tomuto účelu slouží zabudovaný PID regulátor
      • příklad z praxe:
        • představme si vodovodní systém, ve kterém chceme udržovat stálý tlak (žádaná veličina)
        • vzhledem k tomu, že v různých okamžicích jsou různé odběry vody ze systému, potřebujeme aby pohon čerpadla pružně reagoval na změny tlaku v systému (skutečná veličina)
        • do systému tedy vřadíme čidlo tlaku s výstupem 0 – 10 V (případně 0 – 20 mA)
        • tento signál přivedeme do měniče a aktivujeme regulaci prostřednictvím zpětné vazby (minimální rozdíl mezi žádanou a skutečnou veličinou)
        • vyladíme požadované hodnoty na vstupu měniče, tím docílíme automatického přizpůsobování pohonu okamžitým podmínkám
          • tato metoda je mimo jiné velice účinnou cestou k úspoře nákladů na elektrickou energii a doporučujeme její nasazení namísto systémů se škrticími klapkami a podobných
          • řízení pomocí zpětné vazby neomezujeme jen na regulaci tlaku, ale v podstatě na plynulou regulaci jakékoliv cílové hodnoty (tlak, teplota, průtok, hmotnost, rychlost, moment…), kterou lze v dané aplikaci ovlivnit rychlostí otáčení motoru a v reálném čase měřit (s výstupem z měření ve formě napěťového či proudového signálu)

    Programování měniče

    Měniče jsou programovatelné, to znamená, že si zákazník může přizpůsobit vlastnosti pohonu svým potřebám. Většina uživatelů si zajisté bude chtít přizpůsobit např. rozsah minimálních a maximálních otáček, přizpůsobit rychlost rozběhu a doběhu, nastavit metodu řízení, nastavit funkce řídicích vstupů a výstupů a podobně. Všechny tyto parametry a spousta dalších jsou přizpůsobitelné Vašim požadavkům.

    Pro programování měniče je nutno použít buď doplňkový ovládací panel, nebo doplňkové komunikační rozhraní pro komunikaci s PC ve spojení se softwarem Siemens Starter nebo Siemens Drive Monitor.


    V podstatě povinným je základní nastavení měniče (jinak též rychlé uvedení do provozu), při kterém jsou do paměti měniče přeneseny štítkové hodnoty motoru a zvoleny některé základní parametry pohonu (minimální a maximální frekvence, způsob regulace a podobně). Tento krok je nutný pro správnou funkci pohonu a ochranných funkcí, zabudovaných v měniči.


    Továrně jsou v měniči přednastaveny hodnoty
     odpovídající vlastnostem 4pólového asynchronního motoru o stejném výkonu, jaký je definován u měniče. Ovládání start/stop, reverzace a nulování poruchy je přednastaveno na digitální vstupy, plynulá regulace rychlosti je nastavena na analogový vstup. Přednastavená je též lineární charakteristika.


    Po provedení základního nastavení je možno přizpůsobit celou řadu programovatelných parametrů požadovaným vlastnostem pohonu.

    Metody brždění pohonu

    Měniče jsou programovatelné, to znamená, že si zákazník může přizpůsobit vlastnosti pohonu svým potřebám. Většina uživatelů si zajisté bude chtít přizpůsobit např. rozsah minimálních a maximálních otáček, přizpůsobit rychlost rozběhu a doběhu, nastavit metodu řízení, nastavit funkce řídicích vstupů a výstupů a podobně. Všechny tyto parametry a spousta dalších  jsou přizpůsobitelné Vašim požadavkům.

    Pro programování měniče je nutno použít buď doplňkový ovládací panel, nebo doplňkové komunikační rozhraní pro komunikaci s PC ve spojení se softwarem Siemens Starter nebo Siemens Drive Monitor.


    V podstatě povinným je základní nastavení měniče (jinak též rychlé uvedení do provozu), při kterém jsou do paměti měniče přeneseny štítkové hodnoty motoru a zvoleny některé základní parametry pohonu (minimální a maximální frekvence, způsob regulace a podobně). Tento krok je nutný pro správnou funkci pohonu a ochranných funkcí, zabudovaných v měniči.


    Továrně jsou v měniči přednastaveny hodnoty
     odpovídající vlastnostem 4pólového asynchronního motoru o stejném výkonu, jaký je definován u měniče. Ovládání start/stop, reverzace a nulování poruchy je přednastaveno na digitální vstupy, plynulá regulace rychlosti je nastavena na analogový vstup. Přednastavená je též lineární charakteristika.


    Po provedení základního nastavení je možno přizpůsobit celou řadu programovatelných parametrů požadovaným vlastnostem pohonu.

    Použití v automatizovaných systémech

    Měniče mohou velice dobře fungovat jako součásti automatizovaných systémů nejrůznějších úrovní. Jednoduché aplikace mohou být vyřešeny pouze nasazením měniče s využitím programovatelných řídicích vstupů a výstupů. Složitější úlohy, vyžadující složitější logické či časované operace, mohou být úspěšně řešeny začleněním měničů do systémů řízených programovatelnými řídicími jednotkami PLC (Programmable Logic Controller, jako jsou např.  Siemens řídicí systémy Simatic či Logo).

    Ochranné funkce

    Moderní měniče jsou vybaveny celou řadou ochranných funkcí, zaměřených nejen na ochranu vlastní, ale také ochranu motoru. Mezi nejčastější patří:

    • ochrana proti zkratu (zemnímu i mezifázovému)
    • ochrana proti přetížení motoru i měniče a další
    • kontrola teploty vinutí motoru prostřednictvím zpětné vazby z teplotních čidel ve vinutí
      • u nejnovějších řad volitelně i funkce „safety Integrated“, značně zjednodušující návrh a výrobu pohonných systémů díky integraci funkcí bezpečného omezení momentu, bezpečného omezení rychlosti, bezpečného zastavení nebo bezpečného ovládání brzdy

    Výbava měniče – EMC (elektromagnetická kompatibilita)

    Protože jsou měniče ze svého principu významným zdrojem rušení do elektrické sítě, může být vhodné použití měniče s odrušovacím filtrem. Nabízíme také některé výkonové stupně měničů též ve verzi se zabudovaným odrušovacím filtrem. Pro jiné výkonové stupně je třeba pořídit externí filtr. K dispozici jsou filtry třídy A (typicky pro průmyslovou zónu – oddělená síť) nebo B (typicky pro obytnou zónu – veřejná síť).

    Pro naplnění některých požadavků norem může být vyžadováno spojení měniče s motorem pomocí stíněných kabelů, jejichž délka může být navíc limitována. 

    Upozorňujeme, že pro měniče, pro které je k dispozici verze s interním filtrem, není k dispozici filtr externí. Proto před nákupem dobře zvažte, kterou variantu zvolit.

    Výbava měniče – komunikace

    K měničům je možno přikoupit celou řadu komunikačních rozhraní, ať už jsou to např. jednoduché nebo rozšířené ovládací panely pro manuální obsluhu, nebo rozhraní pro komunikaci na sběrnicích Profibus, Profinet, AS-interface, CAN-Open, sériovou komunikaci, modul enkodér pro zpětnou vazbu z rotačního čidla a podobně. 

    U některých řad měničů jsou vybraná rozhraní integrována, u některých řad je nutno tato rozhraní dokoupit jako zvláštní příslušenství.

    Doplňková výbava měniče

    • vstupní síťové (komutační) tlumivky
      • slouží ke snižování zpětného působení na síť vyššími harmonickými a prodlužují životnost kondenzátorů měniče
    • výstupní motorové tlumivky
      • snižují zatížení vinutí motoru napětím
      • současně snižují kapacitní proudy, které dodatečně zatěžují výkonové části měniče při použití dlouhých kabelů
      • jejich použití vyžaduje vhodné nastavení měniče, konkrétně spínací frekvence
      • výstupní napětí je obdélníkové
    • brzdné odpory
      • slouží k rychlému brždění pohonů s větší setrvačnou hmotou
      • energie vracející se při rychlém brždění do motoru je vyzářena odporem ve formě odpadního tepla
        • k dispozici pouze pro měniče Micromaster 440 a Sinamics G120 s výkonovou jednotkou PM240
    • doplňkové síťové filtry
      • slouží k dosažení vyšší třídy odrušení
    • sinusové filtry
      • omezují strmost napětí a kapacitní proudy
      • nahrazují výstupní (motorové) tlumivky
      • použití je podobné jako u motorových tlumivek, ovšem s vyšší účinností
      • výstupní napětí je sinusové
      • nevýhodou jsou vyšší náklady na pořízení

    Shrnutí

    Při výběru měniče Vám samozřejmě v případě potřeby budeme nápomocni, přesto je ale nutné ujasnit si před objednáním několik základních informací:

      1. napájení –zvažte, zda zvolíte měnič s jednofázovým, nebo třífázovým vstupním napájením (pouze do výkonu 3 kW, nad 3 kW jsou měniče napájeny vždy třífázově)
      2. výkon – zcela základní informace o výkonu pohonu nutná ke správné volbě měniče
      3. typ aplikace – podstatné pro výběr vhodné řady měniče, pro jednoduché, dynamicky nenáročné aplikace postačí některá ze základních řad měničů, pro dynamicky náročnější aplikace je nutno volit měniče řad Micromaster 440 nebo Sinamics G120
      4. metoda řízení – pro jednoduché aplikace opět postačí základní řady měničů, pro aplikace vyžadující vektorové řízení nebo některou jinou sofistikovanější metodu regulace je opět třeba vyšší řada Micromaster 440 nebo Sinamics G120
      5. způsob ovládání – ujasněte si, jakým způsobem chcete měnič ovládat (manuálně, prostřednictvím ovládacího panelu nebo po komunikačním rozhraní)
      6. požadavek na rekuperaci energie – pokud byste rádi ušetřili na provozních nákladech zařízení a jedná se o zařízení, u kterého poměrně často dochází k brždění větší setrvačnosti, volte měnič s možností rekuperace (Sinamics G120 s výkonovou jednotkou PM250 nebo PM260)
      7. výbava měniče – ověřte si Vaše požadavky na počet digitálních a analogových vstupů, komunikační rozhraní, možnost připojení brzdných odporů a další doplňkové výbavy