Aktuální vydání

celé číslo

06

2018

Systémy strojového vidění

Výrobní a montážní linky

celé číslo

Měniče frekvence řady PowerFlex

číslo 4/2002

Měniče frekvence řady PowerFlex

Renomovaný producent prostředků průmyslové automatizace, americká společnost Rockwell Automation, je také zkušeným a známým výrobcem měničů frekvence. V loňském roce tato společnost představila novou řadu měničů PowerFlex.

Obr. 1.

Nová generace měničů frekvence PowerFlex, vyráběných firmou Allen-Bradley, která je součástí Rockwell Automation, pokrývá celý interval výkonů standardních aplikací. Pro oblast nízkého napětí jsou určeny měniče PowerFlex 70 a 700, pro méně běžné aplikace vysokonapěťových pohonů měniče PowerFlex 7000.

Měniče PowerFlex 70 a 700 rozšiřují, popř. doplňují možnosti stávajících měničů. Mezi jejich standardní vlastnosti patří vektorové řízení, díky kterému měnič dosahuje vysoké přesnosti nastavení otáček bez nutnosti fyzické zpětné vazby. Skalární řízení (U/f) je vhodné pro jednoduché aplikace, nenáročné na krouticí moment. Užitím bipolárních tranzistorů s izolovanou řídicí elektrodou (IGBT) na výstupu bylo dosaženo vyšší účinnosti měniče, snížení jeho hlučnosti i mechanické rezonance. Samozřejmostí je nastavitelná výstupní frekvence s možností stanovit tři zakázaná pásma kmitočtu a nastavitelná frekvence pulsně šířkové modulace (PWM). Z dalších funkcí je třeba zmínit auto-economizer, funkci letmého startu, paměť chyb se záznamem časů, nastavitelné opětovné spuštění měniče po chybě, test points (přímý přístup k vnitřním proměnným měniče) atd. Zátěž je možné brzdit stejnosměrným proudem nebo pomocí vestavěné dynamické brzdy. Ta, spolu se zabudovaným síťovým odrušovacím filtrem, zjednodušuje a zlevňuje zapojení měniče v rozváděči. Měniče mají zabudovánu elektronickou nadproudovou ochranu motoru, která neustále monitoruje stav měniče, zajišťuje jeho plynulý chod a chrání motor před poškozením.

Pro řešení jednoduchých regulačních nebo polohovacích aplikací je výhodné místo externího regulátoru využít zabudovaný PI regulátor.

Přesnému řízení napomáhá možnost digitálního programování. Měniče PowerFlex mohou být programovány místně z panelu ovládacího modulu nebo přes sériové komunikační rozhraní za použití PC. Pro přímé editování a monitorování parametrů je určen software DriveExplorerTM, DriveTools32TM a nový software DriveExecutiveTM.

Ovládací modul HIM (Human Interface Module), určený k jednoduchému nastavení a ovládání měniče, také doznal podstatných změn. Modul je k dispozici v několika provedeních, vždy ale s úplnou vícejazyčnou podporou. Přímo v menu modulu si může uživatel vybrat ze sedmi světových jazyků (holandština, angličtina, francouzština, italština, němčina, portugalština a španělština). Provedení ovládacích panelů je možné rozdělit na dvě skupiny: LCD HIM, který zobrazuje stavové hlášení měniče na sedmi řádcích v 21 charakteristických a logicky uspořádaných oknech, a LED HIM s jednořádkovým, šestiznakovým diodovým displejem. Je však zachována možnost připojení (přes propojovací kabel) stávajících komunikačních modulů HIM měničů frekvence firmy Allen-Bradley (1336 Plus, 1336 Plus II, 1336 Impact, 1336 Force).

Pro připojení vnějších signálů disponuje měnič vstupně-výstupní (I/O) jednotkou programovatelných vstupů a výstupů, usnadňující přímé připojení vstupů a výstupů podle požadavků uživatele. Standardně obsahuje šest logických vstupů, dva reléové výstupy, dva analogové vstupy a jeden analogový výstup.

Pro logické vstupy je možné volit úroveň 24 V DC a 115 V AC, analogové ovládání vyžaduje standardní signál 0 až 10 V, 4 až 20 mA nebo externí potenciometr.

Aby bylo možné měnič ovládat a monitorovat přímo z řídicího systému, disponuje PowerFlex dalšími možnostmi komunikace. Moduly integrované do měniče umožňují komunikaci po síti Ethernet, DeviceNet, ControlNet, Universal Remote I/O, RS-232/485, Profibus, Interbus-S, Modbus a Modbus+. Nadále je však zachována kompatibilita se stávajícími moduly SCANport.

Měnič frekvence PowerFlex 70

Měniče frekvence nové řady PowerFlex 70 jsou vyráběny ve výkonové řadě od 0,37 do 15 kW a pro napětí 200 až 240 V, 380 až 480 V, 500 až 600 V. Měnič je navržen tak, aby měl malé vnější rozměry, byl jednoduchý a spolehlivě pracoval v širokém spektru aplikací. Je nabízen ve čtyřech konstrukčních verzích. Ačkoliv jeho výrobcem je americká společnost, návrh a uspořádání výkonových obvodů splňují všechny požadavky evropských norem.

Mezi další parametry měniče PowerFlex 70 patří:

  • digitální nebo analogové monitorování provozních stavů měniče, motoru a chybových hlášení,
  • vyjímatelný ovládací a programovací modul LCD HIM nebo LED HIM,
  • vynikající momentové vlastnosti a stabilita chodu motoru při všech rychlostech,
  • nastavitelná frekvence pulsně šířkové modulace (2 až 10 kHz),
  • automatické nastavení parametrů (optimalizace pohonu podle motoru a zátěže),
  • změna rychlosti motoru podle tzv. S-křivky,
  • volitelný rozsah kmitočtu v pásmu 0 až 400 Hz,
  • ovládání místně nebo dálkově – komunikace s řídicím systémem po sériové lince,
  • nový komunikační protokol DPI (Drive Peripheral Interface).

Neméně zajímavé je i řešení chladiče měniče frekvence, umístěného mimo rozváděč. Měnič tak rozváděč nevyhřívá, a není tedy nutný přídavný ventilátor. Tak se nejenom šetří místo v rozváděči, ale nezvyšuje se i jeho celková cena.

Měniče frekvence PowerFlex 70 jsou ideálním řešením pro řízení mechanických výtahů, průtokových čerpadel, dopravníků, odstředivek, výrobních linek a mnoha dalších aplikací.

Obr. 2.

Měnič frekvence PowerFlex 700

Měnič frekvence PowerFlex 700 firmy Allen-Bradley je dalším členem typové řady PowerFlex. Vyniká jednoduchou obsluhou a ovládáním a k jeho výhodám patří kompatibilita a shodnost ovládání a řízení s měniči řady PowerFlex 70. Výkon tohoto měniče je od 0,37 do 30 kW pro napětí 200 až 240 V, 380 až 480 V nebo 500 až 600 V.

PowerFlex 700 navíc disponuje vektorovým řízením, využitelným v mnoha aplikacích, změnou rychlosti motoru podle S-křivky, detekcí výpadku sítě a indikací ztráty zátěže. Kromě toho má paměťovou frontu osmi posledních „alarmových“ událostí, paměť pro tři sady parametrů nastavitelných podle konkrétní aplikace a možnost volit pro logické vstupy úroveň 24 V DC a 115 V AC. Měnič je možné dodat i ve verzi DC Bus version, které umožňuje regulovat proud ve stejnosměrném meziobvodu. Standardně je měnič na výstupu vybaven odrušovací indukčností, tvořenou několika závity kabelu na feritovém jádru (common mode core). Zajímavé je i konstrukční provedení měniče umožňující jeho „těsnou“ montáž, s vyloučením větrací mezery při instalaci více měničů. Tak lze podstatným způsobem minimalizovat instalační plochu.

Měniče mají mnoho ochran, jako je např. elektronické sledování činnosti měniče, aktivní tepelný manažer, který měniči dovoluje reagovat na přetížení a zabránit přehřátí a poškození měniče, ochranu proti přepětí, podpětí atd.

Standardní nízkonapěťové měniče patří mezi běžné produkty, vyráběné mnoha společnostmi v celém světě. Naproti tomu vysokonapěťové měniče frekvence patří k špičkovým zařízením s omezeným množstvím výrobců. Jedním z nich je i společnost Allen-Bradley, součást Rockwell Automation.

Obr. 3.

Vysokonapěťový měnič frekvence PowerFlex 7000

Nová řada vysokonapěťových měničů PowerFlex 7000 se vyrábí pro výkony 373 až 6 340 kW pro napětí 2,4 kV, 3,3 kV, 4,16 kV a 6,6 kV. Jejich nespornou výhodou je snadné použití, velká spolehlivost a nízká celková cena. Měniče řady PowerFlex 7000 využívají výkonové tyristory SGCT (Symmetrical Gate Commutated Thyristor), díky nimž byly sníženy ztráty vznikajících spínáním a současně se zvýšila spolehlivost celého zařízení.

Měnič frekvence PowerFlex 7000 je principiálně proudový střídač s pulsně šířkovou modulací výstupního proudu. Obsahuje dva řízené můstky: osmnáctipulsní (nebo šestipulsní) tyristorový usměrňovač s vnější (přirozenou) komutací, s možností chodu měniče v motorickém režimu a v brzdném režimu s rekuperací do napájecí sítě, a plně řízený střídač (invertor) osazený tyristory SGCT pro generování napájení motoru s malým obsahem vyšších harmonických složek. Volba mezi šestipulsním nebo osmnáctipulsním usměrňovačem ovlivňuje úroveň vyšších harmonických složek emitovaných měničem do sítě a závisí na konkrétní aplikaci. Šestipulsní usměrňovač doplněný filtrem je vhodný pro aplikace, kde měniče představují pouze malé procento z celkového instalovaného výkonu technologie. Naproti tomu osmnáctipulsní usměrňovač (doplněný vstupním transformátorem) sám o sobě splňuje požadavky normy IEEE 519-1992 a lze jej aplikovat v podstatě kdekoliv.

Bloky výkonových modulů v usměrňovači a střídači zkracují dobu montáže a umožňují snadný přístup k hlavním výkonovým komponentám a jejich rychlou výměnu. Mezi výhody patří zjednodušení nebo vyloučení odrušovacích komponent, celkové snížení počtu komponent a tím zvýšení spolehlivosti, snížení ceny a zmenšení velikosti měničů.

Mezi standardní vybavení tohoto měniče patří přímé řízení momentu a vektorové řízení (sensorless direct vector control, full vector control), vstupní ochranné varistory, řízení synchronních i asynchronních motorů, automatické nastavení, průvodce spuštěním, čtyřkvadrantové provedení, rekuperace energie do napájecí sítě při brzdění zátěže s velkým momentem setrvačnosti atd. Zabudovaný sinusový filtr na straně výstupu vyhlazuje průběh napětí a proudu motoru pro plný rozsah otáček a zátěže. Harmonické zkreslení výstupního napětí je typicky 3 %, v nejhorším případě menší než 5 % (splňuje IEEE 519-1992). Proto lze použít standardní motor bez redukce výkonu a ohrožení kvality izolace motoru a kabelu, způsobené velkými hodnotami derivací du/dt a di/dt. Jinými slovy, téměř sinusový průběh proudu i napětí v celém rozsahu otáček a zátěže má za následek to, že není požadován motor se speciální izolací. Měnič je proto ideální pro modernizace strojů, protože není nutná výměna motoru nebo kabelu. (Ten navíc může mít téměř neomezenou délku. Existuje aplikace s měničem vzdáleným od motoru téměř 15 km).

Pro zajištění maximální úrovně bezpečnosti a odolnosti vůči šumu jsou řídicí a výkonové obvody odděleny optickými kabely.

Řídicí obvody mohou být k měniči připojeny pomocí analogových vstupů (jeden izolovaný a tři neizolované), analogových výstupů (jeden izolovaný a sedm neizolovaných), 24 logických vstupů a 24 logických výstupů. K připojení řídicího systému je možné využít širokou škálu komunikačních rozhraní (RS-232, Universal Remote I/O, DeviceNet, ControlNet, Modbus, Modbus+, Ethernet).

Pro manuální nastavení a ovládání je určen zabudovaný panel LCD (PanelView 550). Displej, rozdělený do šestnácti řádků po čtyřiceti znacích, umožňuje snadno nastavit všechny parametry, monitorovat měnič a vyhledávat poruchy.

Měniče frekvence PowerFlex 7000 jsou ideální pro všechny vysokonapěťové aplikace, kde je nutné regulovat otáčky pohonu, jeho výkon apod. Zvláště v současné době, kdy cena elektrické energie roste, se tyto aplikace stávají stále atraktivnějšími a návratnost investic do této techniky se zkracuje.

Obr. 4.

Měnič frekvence PowerFlex 4

Sortiment měničů PowerFlex doplňuje malý, kompaktní frekvenční měnič Power-Flex 4, určený pro aplikace od 0,2 do 3,7 kW pro napětí 230 a 480 V. PowerFlex 4 se vyrábí v krytí IP20, s možností montáže na panel nebo lištu DIN.

Jednou z hlavních předností je konstrukční provedení tohoto měniče, snadný přístup ke všem svorkovnicím, ale zejména možnost „těsné“ montáže, s vyloučením větrací mezery při instalaci více měničů. Tak lze podstatným způsobem minimalizovat instalační plochu. Návrh a uspořádání výkonových obvodů splňují všechny požadavky evropských norem.

PowerFlex 4 má ovládací panel s klávesnicí, potenciometrem a diodovým displejem zabudovaným přímo v měniči. Díky programovatelným parametrům lze měnič jednoduše nastavit. Funkce quick start umožňuje nastavit parametry pro rychlý a snadný start měniče. Pro účely další komunikace a pro snadné nastavování i programování měniče pomocí softwaru DriveExplorer a DriveExecutive je měnič vybaven vnitřní komunikací RS-485.

Lze jej vhodně využít v mnoha aplikacích, jako jsou např. ventilátory, čerpadla, dopravníky apod.

Pro své přednosti budou měniče Power-Flex 4, po svém uvedení na český trh, jistě patřit mezi časté prvky používané v širokém spektru aplikací.

(Controltech)

ControlTech s. r. o.
Havlíčkova 822
280 00 Kolín
tel.: 0321/74 20 11
fax: 0321/74 20 22
e-mail: info@controltech.cz
http://www.controltech.cz

Inzerce zpět