Udostępnij Udostępnij Udostępnij Udostępnij Print

VFD - Napędy o zmiennej częstotliwości – wybór i zastosowanie

-- czwartek, 04 maj 2017

Zrozumienie specyfiki konkretnej aplikacji, parametrów konfiguracyjnych oraz identyfikacja źródeł zakłóceń gwarantują maksymalną wydajność i niezawodność napędów o zmiennej częstotliwości.

Obecnie na rynku dostępny jest bardzo duży wybór napędów VFD, nazywanych również falownikami, silnikami prądu zmiennego oraz napędami o zmiennej i regulowanej prędkości. Pomimo różnic w terminologii wszystkie te urządzenia to VFD (Variable Frequency Drives) – kontrolujące prędkość i moment obrotowy silników prądu zmiennego przez dostosowanie częstotliwości i napięcia zasilającego trójfazowych silników indukcyjnych lub synchronicznych.

Nowoczesne napędy o zmiennej częstotliwości spowodowały, że precyzyjna i możliwa w szerokim zakresie zmiana prędkości silników trójfazowych stała się prosta, ale nie zawsze tak było. Chociaż tego typu silniki są znane od późnych lat 80. XIX w., przez prawie 100 lat zmiana ich prędkości obrotowej przysparzała sporych trudności. Liczba biegunów magnetycznych i fizyczna konstrukcja tych silników powodowały, że regulacja prędkości była nieopłacalna, więc w aplikacjach, gdzie wymagana była możliwość zmiany prędkości, wykorzystywano silniki prądu stałego.

W latach 80. XX w. technologia napędów o zmiennej częstotliwości stała się tańsza i bardziej niezawodna. Obecnie napędy VFD skutecznie konkurują z tradycyjnymi silnikami prądu stałego, jednak podczas tworzenia ich specyfikacji bardzo ważne jest, by dobrze zrozumieć specyfikę konkretnej aplikacji, możliwe metody instalacji oraz opcje konfiguracji. Typowe problemy z działaniem i konfiguracją takich napędów to:

-> wybór napędu,

-> przeciążenia,

-> przepięcia,

-> zakłócenia,

-> interferencja elektromagnetyczna i/lub problemy z polem elektromagnetycznym,

-> kwestie związane z uziemieniem,

-> nieprawidłowa konfiguracja.

Obciążenie napędów VFD

Główną funkcją VFD jest zmiana prędkości trójfazowego silnika indukcyjnego. Napęd stanowi także zabezpieczenie przed przeciążeniem, pozwala kontrolować funkcje start/stop oraz daje możliwość regulowania parametrów przyspieszania i hamowania. Programowalne przyspieszanie i prąd sterowany przez procesor pozwalają zredukować prąd rozruchowy, ważny parametr wykorzystywany do szacowania zapotrzebowania na moc całego zakładu, a co za tym idzie – do określenia wysokości opłat dla dostawców energii.

Podczas tworzenia specyfikacji napędu o zmiennej częstotliwości trzeba zrozumieć, jaki napęd będzie pasował najlepiej do danej aplikacji (fot. 1). Przede wszystkim należy rozpatrzyć profil obciążenia w czasie pracy. W aplikacjach, w których mamy do czynienia ze stałym momentem obrotowym, jak przenośniki taśmowe (fot. 2), mieszalniki czy kompresory, lub tych, gdzie moment jest zmienny, jak pompy, wentylatory, dmuchawy, trzeba zwrócić szczególną uwagę na kwestię przeciążenia.

Na przykład zwiększenie prędkości silnika wentylatora może znacząco zwiększyć zapotrzebowanie na moc, ponieważ wartość ta zależy od kwadratu prędkości. Zbyt szybka praca wentylatora może więc spowodować przeciążenie napędu VFD, podczas gdy praca z połową maksymalnej prędkości zmniejsza zapotrzebowanie na moc o 75% lub więcej, co wynika z praw powinowactwa, mających zastosowanie w pompach i wentylatorach.

W wielu aplikacjach można obniżyć zużycie energii dzięki operowaniu na niższej prędkości. Przykładem jest wykorzystanie napędów o zmiennej częstotliwości do regulowania prędkości wentylatora w zależności od obciążenia, zamiast stosowania tłumików do zmniejszania przepływu powietrza z wentylatora pracującego na pełnych obrotach.

By wyeliminować ryzyko przeciążenia napędu, parametry VFD powinny być dobrane na podstawie wartości natężenia przy maksymalnym momencie obrotowym, ponieważ bazowanie na mocy może nie odpowiadać maksymalnemu obciążeniu jednostki VFD. Wprawdzie większość tego typu napędów jest w stanie pracować z urządzeniami o szerokim zakresie mocy maksymalnej, jednak zaleca się przewymiarowanie VFD, jeżeli obliczone wartości są bliskie maksymalnych.

Oczywiście przewymiarowany silnik ma mniejszą sprawność w porównaniu z takim o idealnie dobranych parametrach roboczych, jednak VFD pomaga tak zminimalizować tę nieefektywność, że zwiększenie kosztów niewiele wykracza ponad to, co trzeba zainwestować w przewymiarowany napęd i silnik.

Obciążenie w dźwignicach

Inną aplikacją, w której mogą występować problemy, są dźwignice. Wysokie obciążenie od sił bezwładności musi zostać w nich wyhamowane szybciej, niż obciążenie występujące podczas rozpędzania lub na biegu wstecznym. W obciążeniach od momentu ciągnącego silnik staje się generatorem i wytworzona energia musi zostać rozproszona. Jest wiele sposobów pracy z tego typu obciążeniami.

W niektórych aplikacjach może pomóc przewymiarowany napęd, ale w rzeczywistości działa to tylko w szczególnych przypadkach. O wiele powszechniejsze rozwiązanie to wykorzystanie hamulca dynamicznego z dużymi rezystorami, które przekształcają nadmiarową energię w ciepło. Niektóre napędy VFD mogą wprawdzie wytworzyć do 20% momentu hamującego dzięki wbudowanym opornikom, jednak dodanie zewnętrznego hamulca może znacząco zwiększyć możliwości hamujące całego układu, dlatego nawet duże VFD potrzebują tego typu wsparcia przy pracy z takim obciążeniem.

Częstym problemem w dźwignicach są przepięcia w napędzie podczas hamowania. Jednak odpowiednio dobrany rezystor hamowania zapobiega takim zjawiskom, a nadmiar energii generowanej przez silnik jest rozpraszany w postaci ciepła.

Inne, droższe rozwiązania to np. napędy odzyskujące energię i zwracające ją z powrotem do sieci lub napędy ze wspólną magistralą. W systemach ze wspólną szyną zasilającą każde urządzenie VFD jest podpięte do tej szyny prądu zmiennego, więc nadmiar energii wytworzonej podczas hamowania może być wykorzystany do zasilania innych napędów. Dwa opisane rozwiązania mogą się okazać bardzo opłacalne, jeżeli w konkretnej aplikacji powstaje duży nadmiar mocy.


Podobne artykuły
 VFD – trendy i rozwiązania - 27-02-17 11:49

Przeczytaj także

Felieton: W dążeniu do doskonałości
Moim ulubionym autorem książek biznesowych jest Tom Peters, a jego pierwsza poważna książka „In search of excellence” to idealna lektura podczas długiego lotu samolotem. Książka została pierwszy... więcej »
Menedżer w fabryce przyszłości
Postępująca w przemyśle cyfryzacja, coraz szersze łączenie świata wirtualnego z realnym, wprowadzanie nowych materiałów, usług i technologii – wszystko to, co wiąże się z tzw.... więcej »
Niższe koszty wdrożenia i eksploatacji sieci IIoT
Tendencja do wdrażania technologii Przemysłowego Internetu Rzeczy zwiększa liczbę urządzeń połączonych w sieciach automatyki przemysłowej, a także zakres i złożoność tych sieci, które... więcej »
Linia produkcyjna z IIoT – przewaga już na starcie
Usprawnienie procedur utrzymania ruchu i poprawa efektywności procesów produkcyjnych to najbardziej widoczne korzyści wdrożenia technologii IIoT. Nadejście epoki Internetu Rzeczy (IoT)... więcej »
Czas IIoT nadchodzi
Przemysłowy Internet Rzeczy (IIoT) staje się z rzeczywistością. Argumentem przemawiającym za wdrożeniem tej technologii jest niezwykła wręcz użyteczność tego rozwiązania, a także potrzeba... więcej »
Badanie rynku: Redukcja zużycia energii
Redukcja kosztów działalności to podstawa efektywnego zarządzania przedsiębiorstwem. Jednym ze sposobów osiągnięcia sukcesu w tym obszarze jest zminimalizowanie zużycia energii, pochłaniającej sporą... więcej »
 
Aktualne wydanie

Zobacz także

  •   Wydarzenia  
  •   Katalog  

Wydarzenia

PROCESS AUTOMATION
2017-09-07 - 2017-09-08
Miejsce: Kraków
ENERGETAB 2017
2017-09-12 - 2017-09-14
Miejsce: Bielsko Biała
Europejski Kongres Lean Manufacturing
2017-09-28 - 2017-09-29
Miejsce: Katowice
OILexpo 2017
2017-10-03 - 2017-10-05
Miejsce: Sosnowiec
Targi 4INSULATION
2017-10-11 - 2017-10-12
Miejsce: Kraków

Katalog

ONICO Energia
ONICO Energia
ul. Flory 3/4
00-586 Warszawa
tel. 24937510

zobacz wszystkie




SONDA

Czy inwestycje na rzecz energooszczędności się opłacają?

Oddanych głosów: 16

50% 50 %
tak 8 głos(ów)

31.3% 31.3 %
nie 5 głos(ów)

18.8% 18.8 %
nie potrafię wyliczyć 3 głos(ów)


Wydania specjalne

O wydawnictwie   |   Reklama   |   Mapa strony   |   Kontakt   |   Darmowa prenumerata   |   RSS   |   Partnerzy   |   
Copyright © 2003-2017 Trade Media International
zobacz nasze pozostałe strony
Trade Media International Inżynieria & Utrzymanie Ruchu Control Engineering Polska MSI Polska Inteligentny Budynek Design News Polska Almanach Produkcji w Polsce