Aktuální vydání

celé číslo

04

2024

Průmyslové roboty a automatizace výrobních a montážních linek

celé číslo

Novinky v oblasti regulovaných pohonů s měniči frekvence

Novinky v oblasti regulovaných pohonů s měniči frekvence

Článek uvádí dvě zajímavá řešení pro měniče frekvence firmy ABB. První z nich je programátor interní paměti FlashDrop, který v soutěži Automation Awards pořádané odborným časopisem Elektro Automation (www.ea-online.de), získal cenné čtvrté místo. Další novinkou jsou měniče s nízkým obsahem harmonických (Low Harmonics Drive). V loňském roce natolik zaujaly odbornou veřejnost, že získaly s naprostou převahou první místo v hodnocení čtenářů CSE (Consulting-Specifying Engineer Magazine). Byly vyhlášeny Produktem roku v kategorii Motory, spouštěče a měniče frekvence.

Programátor interní paměti FlashDrop

FlashDrop (obr. 1) umožňuje jednoduše vybrat a nastavit parametry měniče frekvence, kopírovat nastavení jednoho měniče do druhého, skrýt parametry, a vytvořit tak strukturu parametrů přizpůsobenou přímo potřebám uživatele. Parametry mohou být nahrány během dvou sekund a měnič může být nastaven, aniž by musel být připojen na napájecí napětí. Každé sadě parametrů může být přiřazen název v textové podobě, z něhož uživatel jasně pozná, o jakou aplikaci jde. Navíc je možné některé parametry při nastavování skrýt, a zjednodušit tak jejich strukturu pro konečného uživatele. Tím je rovněž lépe chráněno poháněné zařízení.

Obr. 1.

Obr. 1. Programátor interní paměti FlashDrop

K přenosu parametrů z FlashDrop do měniče je určen konektor, který se zasune do zdířky na čelním panelu měniče. Parametry z jednoho měniče mohou být zkopírovány do FlashDrop a pak nahrány do jiného měniče. FlashDrop je možné použít také ve spojení s počítačem, a využít tak s výhodou jeho uživatelské rozhraní a kapacitu paměti. V počítači musí být instalován speciální software a komunikace se zařízením FlashDrop probíhá prostřednictvím sériového portu. V tomto zapojení je možné vytvářet sady parametrů buď s využitím počítače nebo pomocí FlashDrop. Patentované zařízení FlashDrop je k dispozici pro nízkonapěťové měniče frekvence ACS 150, ACS 350 a nově také pro ACS 550.

Měniče s malým obsahem harmonických

Konstruktéři měničů frekvence firmy ABB došli na základě sledování trhu a potřeb zákazníků k velmi zajímavému závěru. Často se stávalo, že zákazníci kupovali rekuperační měniče frekvence pouze pro jejich malý obsah harmonických, aniž by využívali možnost rekuperovat energii zpět do sítě. Rozhodli se proto vytvořit měnič, který se bude vyznačovat malým obsahem harmonických, ale nebude mít schopnost rekuperace či brzdění. Výsledkem je velmi kompaktní produkt, který pro potlačení harmonických nepotřebuje transformátor s více vinutími, filtry ani další prvky. Přináší významné úspory vzhledem k tom, že vyžaduje podstatně méně kabeláže a prostoru. Při návrhu tohoto měniče byla využita tři osvědčená řešení:

  • aktivní vstupní sekce ASU (Active Supply Unit),
  • filtry LCL,
  • přímé řízení momentu DTC (Direct Torque Control).
Obr. 2.

Obr. 2. Porovnání měničů frekvence s vícepulsním zapojením usměrňovače s měniči ACS 800-31/37 s malým obsahem harmonických

Aktivní vstupní sekce ASU (Active Supply Unit) je typická pro čtyřkvadrantové měniče umožňující rekuperaci. Však v tomto případě je obvyklý vstupní diodový usměrňovač (diode supply) nahrazen prvky IGBT (Insulated Gate Bi-polar Transistor). Použité řízení ASU způsobuje, že síťový proud a napětí jsou ve fázi a jejich průběh se blíží k sinusovému. Výsledkem je velmi malý obsah harmonických a vynikající účiník blížící se jedné. Pojistky, napájecí kabely a transformátor vn-nn vycházejí díky nízkému harmonickému zkreslení menší. Navíc vlivem ASU je možné podle potřeby zvyšovat napětí ve stejnosměrném meziobvodu, a kompenzovat tak kolísání napětí v síti.

Přímé řízení momentu (DTC) ve vstupním usměrňovači se uplatňuje při odstraňování frekvencí do 1 kHz. Princip přímého řízení momentu se používá u střídačů ABB od roku 1994 a zaručuje plynulé a přesné řízení momentu v celém rozsahu otáček. Pro měniče s malým obsahem harmonických bylo toto řízení modifikováno i na regulaci vstupního proudu, takže kompenzuje kolísání napětí, vyrovnává prudké poklesy a udržuje sinusový tvar proudu. Pro potlačení harmonických je velkou předností, že DTC v principu nepoužívá pevnou spínací frekvenci, ale spíná pouze, pokud to vyžaduje aktuální situace. Při tomto způsobu řízení nevznikají špičky na určitých frekvencích, což snižuje riziko oscilací sítě. Navíc je řízení tak rychlé, že tlumí vznik možných oscilací a zjednodušuje návrh filtrů.

Filtry LCL odstraňují vyšší frekvence. Skládají se ze dvou třífázových tlumivek a kondenzátorů zapojených do trojúhelníku mezi těmito tlumivkami. Konstrukčně jsou integrovanou součástí síťového střídače, takže není třeba počítat s jejich dodatečnou instalací vně měniče.

Obr. 3.

Obr. 3. Skříňové provedení měničů frekvence s malým obsahem harmonických

Měniče s malým obsahem harmonických s ASU mají proudové zkreslení 3,5 až 4,5 %. Celková účinnost měniče je nepatrně nižší než u měniče s diodovým vstupním usměrňovačem. Prostředky pro potlačení harmonických jsou však přímo součástí měniče, takže není třeba počítat se ztrátami na dalších zařízeních.

Další možný způsob potlačení harmonických spočívá v tom, že se šestipulsní zapojení vstupního usměrňovače, které má harmonické zkreslení (THD) více než 30 %, nahradí vícepulsním zapojením (12-, 18- nebo 24pulsním). THD se pak pohybuje od 3 do 15 % podle počtu pulsů, nesymetrie sítě a přesnosti provedení transformátoru. Transformátory však musí mít na sekundární straně více vinutí. Systém tak zabírá více místa a má o něco nižší účiník v porovnání s ostatními způsoby. Porovnání s měniči s malým obsahem harmonických (ACS 800-31/37) je na obr. 2.

Měniče frekvence s malým obsahem harmonických rozšiřují nabídku nízkonapěťových měničů řady ACS 800. V závěsném provedení mají označení ACS 800-31 a jsou pro výkony 5,5 až 110 kW. Skříňové provedení má označení ACS 800-37 a je dodáváno o výkonech od 45 do 2 800 kW (obr. 3).

Ing. Naděžda Pavelková,
ABB s. r. o

ABB s. r. o
Sokolovská 84-86
186 00 Praha 8
tel.: 234 322 110
fax: 234 322 310
http://www.abb.cz