5 istotnych aspektów przy doborze falownika

Właściwy dobór przemiennika częstotliwości do silnika napędzającego urządzenie w danej aplikacji jest podstawą optymalnego wykorzystania nowoczesnych napędów – zarówno pod kątem oszczędności energii elektrycznej, jak i czasu jego montażu i eksploatacji.

W artykule omówimy czynniki istotne przy wyborze falownika posiłkując się przykładami falowników z oferty Astraada DRV.

Po pierwsze: zgromadź podstawowe informacje

Przed wyborem przemiennika częstotliwości należy w pierwszej kolejności zwrócić szczególną uwagę na silnik napędzający układ. Podstawowe dane techniczne silnika można odczytać z tabliczki znamionowej – najważniejsze do właściwego doboru to:

• napięcie zasilające,
• moc silnika,
• prąd silnika,
• typ połączeń (gwiazda-trójkąt),
• obroty silnika.

Przemienniki częstotliwości dostępne na rynku, „skatalogowane” są według ich mocy wyjściowej. Znając moc silnika, można łatwo dokonać wstępnego doboru, jednak istotniejszym parametrem z punktu widzenia właściwego dopasowania falownika jest weryfikacja prądu silnika.

Niektóre falowniki (m.in. Astraada DRV) mogą pracować w aplikacjach wielosilnikowych. Ważne jest, żeby w takich aplikacjach dobrać falownik o prądzie wyjściowym co najmniej równym łącznemu prądowi podłączonych silników. W takich aplikacjach wykorzystywane jest sterowanie skalarne, a zastosowane silniki powinny być identyczne pod względem prądu, jak i prędkości obrotowej.

W aplikacjach wykorzystujących małe silniki – o mocy do 2.2 kW – mamy możliwość zastosowania falowników zasilanych napięciem jednofazowym 230 V z wyjściem trójfazowym 3×230 V. Przy większych mocach (do 500 kW) standardem zasilania jest napięcie trójfazowe 3×400 V.

Przykładowo dla silnika zasilanego napięciem trójfazowym 230 V o prądzie znamionowym 4 A możemy zastosować falownik o mocy 0.7 kW z rodziny Astraada DRV-21 lub z bardziej zaawansowanej, nowej serii DRV-24.

Po drugie: Określ rodzaj obciążenia

Znając prąd silnika i sposób zasilania falownika, w kolejnym kroku należy zwrócić uwagę na mechanikę systemu napędowego, pod kątem obciążenia, z jakim zostanie sprzęgnięty silnik. To od rodzaju obciążenia uzależniony będzie dobór falownika pod kątem metody sterowania, typu rozruchu, pracy stało- lub zmienno-momentowej.

Przy stosowaniu falownika do napędów „lekkich” – takich jak pompy, wentylatory, sprężarki, przenośniki – wystarczające są zazwyczaj falowniki ze sterowaniem skalarnym.

Wśród funkcji przydatnych w aplikacjach wentylatorowo-pompowych, warto wymienić: regulator PID, możliwość załączania w funkcji lotnego startu czy wybór właściwej charakterystyki obciążenia.

Do aplikacji napędowych wymagających wysokiego momentu rozruchowego i dużej przeciążalności – takich jak napędy maszyn, obrotnice, wirówki, nawijarki – najlepiej sprawdzają się falowniki z bezczujnikowym sterowaniem wektorowym. Posiadają one możliwość automatycznego pomiaru parametrów silnika i, na jego bazie, optymalnego dopasowania parametrów przemiennika do podłączonego układu napędowego. Ten sposób sterowania umożliwia szybką reakcję na zmianę obciążenia i momentu oraz płynne sterowanie przy niskich obrotach.

Obecnie dzięki rozbudowie rodziny Astraada o serię DRV-24, bezczujnikowe sterowanie wektorowe (SVC) dostępne jest również w falownikach małej mocy zasilanych jednofazowo.

Po trzecie: Dopasuj wejścia/wyjścia

Przemienniki częstotliwości wyposażone są w wejścia/wyjścia dyskretne i analogowe. W przypadku niewielkich czy lokalnych układów napędowych istotna może być odpowiednio duża ilość wejść/wyjść, wykorzystywanych do uruchamiania i wyłączania napędu, monitorowania, zadawania częstotliwości wyjściowej – w tym również w trybie pracy automatycznej czy wielobiegowej. Wejścia dyskretne mogą być także wykorzystane do zliczania impulsów, definiowania sposobu zatrzymania czy przekazywania sygnału błędu z urządzenia zewnętrznego. Konfigurowalne wyjścia dają możliwość monitorowania statusu pracy napędu i informowania w przypadku wystąpienia błędu czy awarii.

Warto również zwrócić uwagę na logikę wykorzystywaną do załączania wejść dyskretnych w falowniku. Jeśli zadawanie sygnałów wejściowych odbywać się będzie manualnie za pomocą przełączników dwustanowych, wystarczające będą wejścia z logiką ujemną, natomiast przy dołączeniu do wyjść sterownika PLC korzystniejsza będzie logika dodatnia.

Przykładowe zestawienie obsługiwanych sygnałów wejść/wyjść w poszczególnych seriach Astraada DRV przedstawione zostało w tabeli.

*wejście S5 konfigurowalne zamiennie jako wejście lub wyjście

Po czwarte – Określ sposób komunikacji z systemem sterowania

W przypadku rozproszonych układów sterowania istotne są możliwości komunikacyjne falownika pozwalające na połączenie układu napędowego z urządzeniem nadrzęd nym (sterownikiem PLC, panelem HMI czy oprogramowaniem SCADA).

W przypadku falowników Astraada DRV komunikacja odbywa się po porcie RS-485, obsługującym protokół Modbus RTU, umożliwiając sterowanie silnikiem oraz monitorowanie i korektę parametrów pracy. Opcje komunikacyjne mogą być rozszerzone o pracę w sieci Ethernet po protokole Modbus TCP, przy zastosowaniu zewnętrznego konwertera Astraada (AST-CON-485), a dla serii DRV-27 – dodatkowo o opcję komunikacji w sieci Profibus DP lub CANopen, poprzez wykorzystanie dedykowanego modułu montowanego bezpośrednio w falowniku.

Po piąte – Sprawdź, ile masz miejsca

Ostatnim – bynajmniej nie najmniej ważnym elementem – jest weryfikacja dostępnego miejsca w szafie sterowniczej przewidzianego na montaż falownika i dodatkowych akcesoriów.

Powierzchnia hali jest cenną przestrzenią, w związku z czym producenci maszyn – dopasowując się do potrzeb swoich Klientów – ograniczają do minimum gabaryty maszyny, a co za tym idzie również wielkość szaf sterowniczych. Przy doborze falownika, oprócz jego gabarytów warto zweryfikować, czy posiada wbudowane niezbędne w danej aplikacji elementy (np. moduł hamujący), a także jakie odległości należy zachować od innych elementów w szafie.

Przykładowo, gabarytowo przemiennik częstotliwości serii DRV-24 o mocy 2.2 kW zajmuje o 11% mniejszą powierzchnię od swojego odpowiednika z serii DRV-21.

Za sprawą dostępnego w serii DRV-24 montażu „książkowego” różnica zrobi się jeszcze większa, bo aż 30% – jeśli weźmiemy pod uwagę całkowitą powierzchnię niezbędną do montażu dwóch falowników w szafie.