Aktuální vydání

celé číslo

11

2019

Využití robotů, dopravníků a manipulační techniky ve výrobních linkách

Průmyslové a servisní roboty

celé číslo

Vysokonapěťové měniče frekvence PowerFlex 7000

Automa 9/2001

(Václav Kožíšek, Controltech, s. r. o.)

Vysokonapěťové měniče frekvence PowerFlex 7000

Společnost Allen-Bradley patří mezi několik málo firem schopných nabídnout vysokonapěťové měniče frekvence. Nová řada vysokonapěťových měničů PowerFlex 7000 se vyrábí pro výkony 373 kW až 4 100 kW a napětí 6 600 V. Vyznačují se snadným použitím, velkou spolehlivostí a nízkou celkovou cenou. Kompaktní modulové provedení jenom podtrhuje jedinečný design a vlastnosti měničů řady PowerFlex 7000. Vysokonapěťové měniče PowerFlex 7000 obsahují moderní výkonové polovodičové součástky SGCT (Symmetrical Gate Commutated Thyristor), které snižují ztráty vzniklé spínáním a zvyšují spolehlivost zařízení.

Obr. 1.

Architektura měniče frekvence Allen-Bradley řady PowerFlex 7000
Měnič frekvence Allen-Bradley řady PowerFlex 7000 je principiálně konstruován jako proudový střídač s pulsní šířkovou modulací výstupního proudu. Obsahuje dva řízené můstky. První z nich je osmnáctipulsní (resp. šestipulsní) tyristorový usměrňovač s vnější (přirozenou) komutací, s možností chodu měniče v motorickém režimu a v brzdném režimu s rekuperací do napájecí sítě. Standardně je také nabízeno provedení s plně řízeným usměrňovačem (PWM modulace – jeho provedení je identické jako u invertoru popsaného v dalším odstavci). Druhý můstek je plně řízený střídač (invertor) osazený tyristory SGCT pro generování napájení motoru s nízkým obsahem vyšších harmonických složek.

Usměrňovač fázově řídí hodnotu stejnosměrného proudu ve dvojitě vinutém reaktoru (indukčnosti) stejnosměrného meziobvodu. Osmnáctipulsní konfigurace usměrňovače zajišťuje minimální obsah vyšších harmonických složek napájecího proudu tak, aby měnič vyhovoval standardům IEEE 519/92 a EN 61 000-2-4.

Invertor řízený algoritmem pulsní šířkové modulace (PWM, Pulse Width Modulation) konvertuje proud stejnosměrného meziobvodu na trojfázový proud motoru, s optimalizací na velmi nízký obsah vyšších harmonických složek.

Řídicí algoritmus měniče frekvence Allen-Bradley řady PowerFlex 7000 zajišťuje přímé vektorové řízení motoru. V principu se řídí dvě regulované veličiny:

  • řízený usměrňovač reguluje hodnotu proudu ve stejnosměrném meziobvodu, tedy i amplitudu proudu motoru,
  • invertor reguluje frekvenci, tedy i fázi proudu motoru.

Výstupní sinusový filtr eliminuje komutační přechodové děje, což vede k minimálnímu totálnímu harmonickému zkreslení proudu a napětí motoru, typicky pouze 3 % (v nejhorším případě do 5 %) při všech režimech zátěže a výstupní frekvence měniče. Jelikož je tento filtr aplikován pro měnič proudového typu (s pulsní modulací proudu), může být realizován pouze jako čistě kapacitní, bez nutnosti indukční složky. Problémy s rezonancí LC filtrů, známé u měničů napěťového typu, vůbec nehrozí.

Koordinací činnosti těchto tří funkčních bloků (usměrňovač, invertor a filtr) je dosaženo následujících pozitivních aspektů:

  • nižší spínací frekvence invertoru při zachování jakostního průběhu výstupních veličin v porovnání s měniči napěťového typu,
  • eliminace přechodových jevů (du/dt, di/dt) způsobujících namáhání izolace vinutí motoru a izolace kabelů,
  • dynamická odezva 5 až 7 rad/s,
  • nízké spínací ztráty a výjimečná účinnost 98,6 % včetně filtru.

Bloky výkonových modulů v usměrňovači a střídači zkracují dobu montáže a umožňují snadný přístup k hlavním výkonovým komponentům a jejich rychlou výměnu. Mezi výhody patří zjednodušení nebo vyloučení tlumicích komponentů, snížení počtu komponentů, zvýšení spolehlivosti, snížení ceny i zmenšení velikosti.

Obr. 2.

U měniče lze aplikovat řídící metodu Sensorless Direct Vector Control (popř. Full Vector Control). Měnič je standardně vybaven přepěťovou vstupní ochranou. Je vhodný k řízení synchronních i asynchronních motorů. Díky tomu, že napětí a proud má v celém rozsahu otáček a zátěže téměř sinusový průběh, není požadován motor se speciální izolací a měnič je proto ideální pro retrofit pohonů. Další výhody jsou, že výkonové obvody měniče nevyžadují osazení elektrolytickými kondenzátory ani pojistkou na DC Bus, a minimalizace počtu výkonových polovodičových součástek. Tím je zajištěna velká spolehlivost při trvalém provozu. Obsluha měniče je jednoduchá, neboť k dispozici je funkce samonastavení (autotuning) a průvodce spuštěním. Pro zjednodušení testovacích procedur a uvedení do provozu lze využít nízkonapěťový testovací provoz. Řídicí bloky jsou plně digitální, bez jakéhokoliv analogového nastavování. Délka kabelu mezi měničem a motorem je téměř neomezená. Měnič je v čtyřkvadrantovém provedení, s rekuperací energie do napájecí sítě při brzdění zátěže s velkým momentem setrvačnosti. Samozřejmostí je, že provedení odpovídá IEC, včetně zajištění EMC (89/336 EEC) a všeobecné bezpečnosti (92/59 EEC). Řídicí a výkonové obvody jsou pro zajištění maximální úrovně bezpečnosti a odolnosti vůči šumu odděleny optickými kabely.

Měnič má jeden izolovaný a tři neizolované analogové vstupy, jeden izolovaný a sedm neizolovaných analogových výstupů, 24 digitálních řídicích vstupů 24 digitálních řídicích výstupů.

Mechanický zámek zabraňuje v přístupu do všech vysokonapěťových částí měniče, není-li izolační odpojovač odpojen a uzemněn. V případě samostatné montáže vstupního vysokonapěťového modulu je zámek vybaven speciálním klíčem.

Základem programovacího a ovládacího panelu je šestnáctiřádkový displej LCD. Každý řádek má čtyřicet znaků. Panel umožňuje snadné nastavení parametrů, monitorování a vyhledávání poruch. Operátorský terminál na dveřích rozváděče je tvořen grafickým displejem. Texty hlášení, jež se zde zobrazují, lze snadno upravit do českého jazyka.

PowerFlex 7000 může komunikovat prostřednictvím rozhraní a sběrnic RS-232, Universal Remote I/O, DeviceNet, ControlNet, Ethernet, Modbus a Modbus Plus.

Výhody aplikace frekvenčního měniče Allen-Bradley zvláště vyniknou, je-li použit se standardním motorem (pro aplikaci měniče napěťového typu je všeobecně doporučováno použití speciálního motoru se zvýšenou izolací), v aplikacích s dlouhými nestíněnými kabely (testovaná délka je 15 km) a při požadavku brzdění zátěže s velkým momentem setrvačnosti s nutností regenerace do napájecího vedení.

Výrobce, Rockwell Automation, přední světová firma v oblasti automatizační techniky, garantuje místní a celosvětovou podporu, servis a další technický rozvoj. Autorizovaný distributor americké společnosti Rockwell Automation (Allen-Bradley) v ČR, firma Controltech, s. r. o., poskytne všem zájemcům podrobné informace o možnostech a aplikacích těchto moderních prvků.

Controltech, s. r. o.
Havlíčkova 822
280 02 Kolín
tel.: 0321/74 20 11
fax: 0321/74 20 22
e-mail: info@controltech.cz
http://www.controltech.cz