Aktuální vydání

celé číslo

08

2018

MSV 2018 v Brně

celé číslo

Měniče frekvence ABB pro výtahy

Článek stručně informuje o nejnovějších inovacích v nabídce měničů frekvence typu ACSM1, které je předurčují k použití v no­vých projektech i při modernizaci existují­cích pohonů výtahů.
 
Dodávky výtahů a jejich pohonů jsou v České republice stabilně perspektivním segmentem trhu, protože na jedné straně při­bývá nových kancelářských a rezidenčních komplexů a na druhé straně mnozí provo­zovatelé starších výtahů začínají žádat větší komfort, který jim umožní měnič frekvence. Zejména v obytných domech existuje mno­ho výtahů, které pohání dvourychlostní (ně­kdy jednorychlostní) asynchronní motor při­pojovaný stykači přímo k síti. Jízda takovým výtahem je trhavá, zastavování v podlažích je nepřesné a mechanické opotřebení všech součástí není zanedbatelné.
 

Měniče frekvence ABB řady ACSM1

 
Měniče frekvence typu ACSM1, dodá­vané na trh od roku 2007, jsou v nabídce střídavých pohonů firmy ABB špičkou co do programového vybavení a možnosti uživa­telských úprav softwaru. Vyrábějí se jako mo­duly určené k zabudování do rozváděče s tím, že ve vazbě na instalovaný výkon (v rozsahu 0,37 až 150 kW) existuje celkem šest velikos­tí rámů, přičemž u větších výkonů jsou ved­le základního chlazení vzduchem nabízeny také verze bez ventilátorů (cold-plate) a ver­ze s chlazením vodou. Měniče obecně umož­ňují řídit asynchronní motory a synchronní motory s permanentními magnety, přijíma­jí signály z běžně používaných zpětnovazeb­ních snímačů (inkrementální snímače polohy s výstupem sin/cos i TTL, resolvery, absolut­ní snímače polohy) a ve standardním prove­dení disponují odporovým brzděním a nově rovněž rekuperačním brzděním (při použití přídavného modulu ACSM1-204).
 
Měniče ACSM1 se uplatňují především jako součást servopohonů, od nichž je vy­žadována velká dynamika, přesné zasta­vování a v některých případech i složitěj­ší programová logika uvnitř pohonu. Z hle­diska softwaru existují dvě základní verze: Speed&Torque (řídí motor v otáčkové nebo momentové regulační smyčce) a Motion (na­víc umožňuje realizovat polohové a syn­chronní řízení – sledování polohy podle ji­ného pohonu nebo čidla). Do logiky každého měniče může uživatel vložit téměř neome­zený počet programových bloků všech běž­ných typů, což v mnoha úlohách umožňuje měničem plnohodnotně nahradit nadřazený řídicí systém. Stejně tak je možné vytvářet libovolné uživatelské parametry, kterými se doplní standardní sada.
 
Veškerý firmware, parametry i aplikační program měniče jsou uloženy v odnímatelné paměťové jednotce. Při poškození výkonové části měniče lze tudíž paměťovou jednotku jed­noduše přemístit do nové výkonové jednotky a pokračovat v provozu zařízení bez nutnosti zásahu kvalifikovaného technika elektrických pohonů. Stejně tak je možné samostatně vy­měnit výkonovou jednotku a řídicí jednotku (která je pro všechny velikosti rámů identic­ká), a tím, v porovnání s nákupem kompletní­ho měniče frekvence, ušetřit náklady.
 
Pohony s měniči typu ACSM1 jsou použí­vány v mnoha úlohách počínaje navíječkami (řízení momentu), přes rozmanitá polohova­cí zařízení ovládaná nadřazeným systémem (řízení otáček) až po složité servopohony s vlastní polohovací logikou (řízení polohy). Díky možnosti synchronního řízení se tyto měniče uplatňují i v úlohách s několika pro­vázanými pohony, jako jsou letmé pily nebo balicí linky – zatím nejsložitějším realizova­ným projektem je navíječka bimetalových pásků, kde se vyskytuje proměnné polohové provázání tří různých servopohonů. Vzhle­dem ke své hardwarové a softwarové výba­vě jsou měniče typu ACSM1 vhodné také pro pohony výtahů. Mezi výrob­ce výtahů, kteří již používají měniče frekvence ABB, patří např. švédské firmy Motala Hissar a Kalea a ital­ské firmy Star Lift a Lenzi.
 

Programová verze ACSM1 Lift

 
Firma ABB uvedla pro měniče ACSM1 v březnu 2010 na trh speci­ální verzi softwaru Lift, což je jaká­si kombinace verzí Speed&Torque Motion doplněná o sadu specific­kých funkcí charakteristikých pro účely pohonu výtahů – jde např. o přizpůsobení různým běžně použí­vaným způsobům řízení pohonu přes digitální vstupy, kontrolu prokluzu mecha­nické brzdy, zpracování signálu ze snímače tíhy kabiny, automatické odstranění poruchy (reset – podle jejího typu), kompenzaci tře­cího momentu či optimální volbu okamžiku zpomalení podle zbývající dojezdové vzdá­lenosti do patra. Také zde může uživatel do­plnit vlastní programové bloky a parametry, takže není problém např. s vložením korekce dráhy či času při zastavování pro každé patro zvlášť a pro každý směr zvlášť, čímž se po­tlačí odchylky způsobené nepřesnou délkou a nepřesným umístěním staničních magnetů v šachtě výtahu.
 
Výtahové měniče typu Lift jsou vhodné zejména pro výtahy, kde zůstává ponechán původní výtahový stroj – asynchronní motor s převodovkou bez snímače otáček. V rozvá­děči je možné ponechat i původní řídicí logi­ku s tím, že signály, které dříve ovládaly sty­kače (nahoru – dolů, rychle – pomalu), jsou přivedeny na řídicí svorkovnici měniče. Pod­le platných norem je však nutné vést kabel z měniče do motoru přes dva stykače v sérii, které během stání ve stanici odpadají a přes které vede i ovládání mechanické brzdy, při­čemž jeden ze stykačů lze nahradit certifiko­vanými bezpečnostními svorkami Safe Torque Off (bezpečné odpojení momentu) měniče ACSM1. Signály od staničních magnetů pak nevedou přímo do výtahové logiky, která zís­ká signál o dojezdu do patra (pokyn pro ak­tivaci brzdy a vypnutí pohonu) z logického výstupu měniče frekvence po plynulém za­stavení kabiny výtahu ve stanici. Pilotní pro­jekt náhrady stykačového řízení výtahu mě­ničem frekvence ACSM1 Lift byl realizován v šestipatrovém panelovém domě v Břeclavi (obr. 1), kde zařízení pracuje bez problémů od dubna 2010.
 

Pohony výtahů bez převodovek (MRL)

 
Současným trendem je používat poma­luběžný synchronní výtahový motor s perma­nentními magnety bez převodovky umístěný v kompaktním rámu s mechanickou brzdou na protilehlém konci hřídele (obr. 2). Hlav­ní předností tohoto směru je, že v novostav­bách zcela odpadá potřeba strojovny, protože nad šachtou je umístěn pouze tento motor, za­tímco rozváděč je zabudován do stěny šachty. Uspořádání výtahu bez strojovny se označuje jako MRL (Machine-Roomless). Místo klasic­kých lan se zde používají pryžové pásky (tři až pět pásků vedle sebe), z nichž v každém je zalito několik tenčích nosných lanek. Před­ností tohoto uspořádání je větší mechanická odolnost (lanka se nepřekrucují), pohodlnější jízda a menší prokluzy a průvěsy.
 
Již v roce 2009 také úspěšně proběhly zkoušky měniče frekvence ACSM1 Motion s pomaluběžným synchronním motorem. Pro­tože je motor vybaven inkrementálním sníma­čem polohy, sleduje měnič trvale polohu vý­tahu v šachtě. K eliminaci nepřesností způ­sobených prokluzy a průvěsy se navíc poloha v každém patře koriguje. Na rozdíl od klasic­kého uspořádání, kdy má každé patro v šachtě kromě staničního magnetu ještě zpomalovací magnety shora a zdola (dávají signál ke zpo­malení na dojezdovou rychlost při přiblížení kabiny k patru, kde má zastavit), zde posta­čují pouze staniční magnety, protože pohon si správný okamžik, kdy má začít zpomalovat, spočítá sám podle aktuální polohy a rychlos­ti kabiny. Měnič je také vybaven funkcí au­tomatického proměření polohy pater, takže po instalaci pohonu stačí jednou projet kabi­nou šachtu a vzdálenosti stanic jsou natrvalo uloženy v parametrech měniče. Obsluha pak může korigovat umístění a délku staničních magnetů. Výsledkem je, že libovolně zatíže­ná kabina zastavuje v patrech s milimetro­vou přesností.
 
Právě proměnlivé zatížení kabiny klade velké požadavky na rozjezd, protože do oka­mžiku otevření mechanické brzdy nemá mě­nič informaci o tom, jak velkou silou a ja­kým směrem bude zátěž působit (protizávaží má standardně hmotnost z poloviny obsaze­né kabiny, prázdná kabina tedy začne „pa­dat nahoru“ stejným zrychlením, jako plná kabina padá dolů). Pryžové pásky s nosný­mi lanky lze vést přes tenzometrické sníma­če tahové síly v pásku (obr. 3) nebo snímače síly umístit do dvojité podlahy kabiny; obo­jí však instalaci jako celek vždy poměrně prodraží. Optimálním nastavením reguláto­ru otáček v měniči ACSM1 se podařilo, aby se kabina i bez použití čidel či snímačů vždy rozjížděla bez trhnutí a bez propadů. U vý­tahů s převodovkou tento problém nevzniká, protože ty se vlivem tření po uvolnění brzdy zpravidla samovolně nedají do pohybu. Popr­vé by se měl měnič frekvence ACSM1 Moti­on v kombinaci se synchronním výtahovým motorem (MRL) použít v kancelářské budo­vě v Praze ještě letos.
 

Evakuační režim – napájení ze záložního zdroje

 
Použití pohonů bez převodovek s sebou nese ještě jednu komplikaci, kterou je nut­nost evakuovat osoby při přerušení dodáv­ky elektrické energie. Zatímco u starého vý­tahového stroje s převodem např. 1:50 není problém ve strojovně odbrzdit kabinu a kli­kou ji pomalu dopravit do nejbližší stanice, u pomaluběžného stroje (převod jen 1:2, tj. volná kladka) toto není ve fyzických silách člověka. Proto je vyžadováno, aby byl pohon schopen využít energii ze záložního zdroje a dopravit kabinu do stanice elektricky. Sou­částí evakuačního režimu (standardní funk­ce měniče ACSM1 Lift) může být také krát­ké počáteční popojetí na oba směry. Tím se změří, kterým směrem je třeba působit men­ším výkonem (souvisí s aktuálním obsaze­ním kabiny), aby byl pohyb výtahu do sta­nice snazší.
 
Vyzkoušen byl evakuační chod z UPS s jednofázovým výstupem 230 V/50 Hz. Měniče obecně umožňují tzv. nízkonapěťo­vý chod, tj. s použitím střídavého jednofá­zového napájení (200 až 480 V) nebo stej­nosměrného napájení (270 až 648 V) ze zá­ložního zdroje. V případě, že se používají baterie s menším napětím (nejméně však 48 V), existuje externí modul typu JPO-01 s funkcí měniče DC/DC. Z jeho výstupu si měnič frekvence odebírá stejnosměrné napě­tí 300 V, potřebné pro řídicí desku, zatímco napětí pro motor jde přímo z baterií (obr. 4). Při napětí baterií od 48 do 96 V DC je sice rychlost výtahu v evakuačním režimu ome­zena na 10 % jmenovité hodnoty, avšak pří­padná evakuace cestujících je při použití mo­dulu JPO-01 zaručena.
Ing. Tomáš Kraus,
produktový manažer,
 
 
Obr. 1. Rozváděč výtahu s měničem frekvence ACSM1 Lift – modernizace výtahu v obytném domě v Břeclavi
Obr. 2. Pomaluběžný synchronní výtahový motor o vý­konu 3 kW s mechanickou brzdou a inkrementálním snímačem polohy
Obr. 3. Detail nosných pryžových pásků a ten­zometrických snímačů zatížení kabiny
Obr. 4. Příklad zapojení měniče frekvence ACSM1 Lift se záložní baterií a modulem JPO-01