Aktuální vydání

celé číslo

12

2021

Automatizace v chemickém a petrochemickém průmyslu

Průtokoměry a regulační ventily

celé číslo

Pokrok střídavých pohonů

číslo 7/2006

Pokrok střídavých pohonů

Uživatelé střídavých pohonů s indukčními motory mohou nyní optimalizovat jejich vlastnosti „na míru„ podle specifických potřeb široké škály úloh bez dodatečných výdajů na přizpůsobování jednotlivých pohonů či jejich složitého programování. K průlomu v oboru měničů frekvence pro tyto pohony došlo postupně v posledním desetiletí. V jeho průběhu bylo možné stát se svědky především nástupu techniky vektorového řízení krouticího momentu pohonu, rozšíření komunikačních schopností měničů, integrace logických funkcí a nových kompaktních konstrukčních uspořádání.

Vektorové řízení

Snad největším pokrokem minulých deseti let bylo obohacení měničů frekvence o vektorové řízení momentu. Jde o metodu založenou na regulaci prostorového magnetického toku v motoru, která nahrazuje proporcionální regulátor napětí podle frekvence, běžný u většiny střídavých pohonů, širokopásmovým regulátorem proudu. Výsledkem je možnost nezávisle na sobě regulovat otáčky a krouticí moment se současným dynamickým přizpůsobováním výstupu z měniče v závislosti na motoru a jeho aktuálnímu zatížení.

Výrobci měničů frekvence neustále zdokonalují vlastnosti pohonů s vektorovou regulací. Používají k tomu stále dokonalejší regulační algoritmy, v nichž kombinují největší výhody stejnosměrných pohonů – konstantní krouticí moment až do nulových otáček – s největšími výhodami střídavých pohonů – jednoduchou instalací, seřizováním a údržbou. Umožňují tak střídavým pohonům fungovat podobně jako stejnosměrné.

Vestavěné řídicí a bezpečnostní funkce

Další pokroky v technice pohonů se týkají logických funkcí a jejich zabudovávání přímo do měničů.

Jde za prvé o řídicí logické funkce, umožňující uživatelům upravit univerzální měnič podle potřeb určité specifické úlohy aplikace, a tak se vyhnout nákupu dražšího speciálního měnič nebo ad-hoc tvorbě zvláštních doplňků řídicího softwaru. Měnič frekvence se zabudovanými řídicími funkcemi také vystačí s menším počtem externích řídicích obvodů, což ve výsledku znamená menší rozměry řídicího systému a současně menší počet spojů, a tím větší spolehlivost. Jistěže budou vždy existovat úlohy s většími požadavky na počet I/O vyžadující samostatnou řídicí jednotku. Současné měniče frekvence, typicky podporující i více než deset lokálních I/O, nicméně umožňují v mnoha jednodušších případech těžit z výhod plynoucích z kratší doby odezvy i větší a efektivnější nezávislé hnací jednotky (obr. 1).

Obr. 1.

Obr. 1. U mnoha jednoduchých procesů lze s výhodou využít větší rychlost a účinnost nezávislé hnací jednotky

Další směr vývoje v oblasti integrace logických funkcí ukazují některé současné měniče frekvence se zabudovanými bezpečnostními funkcemi, které lze bezezbytku začlenit do architektury bezpečnostních řídicích systémů. Měniče frekvence s vestavěnými funkcemi tzv. bezpečného vypnutí (safe-off) za všech okolností zajistí, že dokud nenastane bezpečný stav stroje nebo zařízení, nemůže být spuštěn jeho potenciálně nebezpečný pohyb. Vestavěné bezpečnostní funkce uživateli nabízejí vysoký stupeň provázanosti řídicích funkcí motorů s bezpečnostními a přinášející dokonalejší provozní vlastnosti, úspory investičních prostředků díky menšímu počtu potřebných zařízení, snížení nákladů na kabeláž a instalaci a zjednodušení systému.

Kompaktní uspořádání

Ke zdokonalování parametrů a rozšiřování funkčních schopností měničů frekvence přispívají i nové konstrukční postupy a nové způsoby zapouzdřování komponent, které umožňují realizovat stále výkonnější a účinnější zařízení při relativně stále menších rozměrech. Konstruktéři nyní při vývoji měničů např. používají moderní metody modelování tepelných toků dovolující jim umístit komponenty navzájem velmi těsně vedle sebe a současně dosáhnout dokonalejšího rozptylu a odvodu nadbytečného tepla. Toto řešení poskytuje uživatelům možnost umísťovat měniče do menších prostor a současně zmenšuje problémy s přehříváním.

Přes pokroky dosažené v oblasti prostorové účinnosti a snižování tepelného zatížení se ovšem vývoj nezastavil a jako další novinku, posouvající možnosti ještě mnohem dále, přináší měniče chlazené kapalinou. Hlavním přínosem tohoto způsobu chlazení jsou významně menší požadavky na prostor, a to zejména u zařízení větších výkonů. Uvádí se, že např. objem měniče o výkonu asi 370 kW (500 k) chlazeného kapalinou je o 65 % menší než objem obdobného produktu chlazeného vzduchem.

Měniče chlazené kapalinou lze umísťovat do zcela utěsněných, nevětraných pouzder, takže jsou nejen ideálně vhodné do provozních podmínek vyžadujících přístroje s vysokým stupněm krytí, ale i použitelné téměř kdekoliv, včetně prašných, vlhkých i venkovních lokalit. Tím jednak klesá tepelná zátěž v klimatizovaných velínech a jednak je možné odvádět ztrátové teplo prostřednictvím jiných médií, např. technologické nebo chlazené vody nebo venkovního vzduchu.

Podpora při uvádění do provozu

Další cesty, jak zmenšovat rozměry i složitost a snižovat ceny měničů frekvence při současném zvyšování jejich výkonu, se před výrobci měničů frekvence otevírají v důsledku neustálého růstu rychlosti a výkonu mikroprocesorů při jejich naopak klesajících cenách. Jednou z dalších inovací je tudíž uvádění měničů do chodu s podporou speciálních softwarových průvodců (wizzard). Jde o nástroje fungující velmi podobně jako instalační programy počítačů, kde průvodce po zobrazení několika naváděcích textů automaticky nainstaluje software a potřebné ovladače, nastaví hodnoty všech parametrů a rozpozná připojený hardware.

Obr. 2.

Obr. 2. Současnou šíři nabídky reprezentuje řada měničů frekvence Power Flex značky Allen-Bradley (zdroj: Rockwell Automation)

Vedle nižších nákladů na seřízení a provoz je nejdůležitějším přínosem vyvíjených integrovaných prostředí skutečnost, že uživatelé budou moci snadno ukládat hodnoty všech parametrů měniče a jeho řídicí program v jediné síťové databázi. Z ní lze v případě poruchy nebo výměny měniče apod. velmi snadno obnovit všechny původní parametry pohonu. Tento vývoj je současně podporován rozšiřováním jak velmi rychlé sítě Ethernet, tak i bezdrátových sítí až na úroveň výrobních provozů, přinášejícím možnost sdílet informace a na dálku sledovat a ovládat zařízení i v oblasti pohonů.

Budoucností je stále flexibilnější nabídka

Pokrok dosažený v oboru měničů frekvence pro indukční motory pomáhá výrobcům zvyšovat produktivitu činnosti a snižovat spotřebu energie ve všech jejich provozech. Technická zdokonalení přinesla přesnější řízení otáček i krouticího momentu motorů, rozšíření komunikačních funkcí, zkrácení prostojů a nárůst výrobní kapacity, a to současně s možností získat přesnější představu o skutečném stavu výrobního prostředí. Skutečnost, že výrobci měničů frekvence dokážou poskytovat stále větší výkon z čím dál kompaktnějších zařízení znamená, že koncoví uživatelé budou mít k dispozici stále širší nabídku umožňující jim vybrat přístroj skutečně vyhovující všem požadavkům jejich budoucích úloh (obr. 2).

(Rockwell Automation s. r. o.)

Rockwell Automation s. r. o.
Pekařská 16
155 00 Praha 5 - Jinonice
tel.: 251 084 002
fax: 221 500 350
http://www.rockwellautomation.com