Teknisk beskrivelse – Frekvensomformeren

Eksempel på frekvensomformer

Hvorfor ?

Primært bruges frekvensomformeren til optimere processen, f.eks. ved at tilpasse hastigheden, enten fra brugeren direkte eller fra anden enhed. Moderne frekvensomformere kan også tilpasse strømmen til motoren, både i processammenhæng, men også som avanceret motorbeskyttelse, så høj startstrøm, nedbrud og produktionsstop undgås. Det medfører beskyttelse af mekanik, øget sikkerhed ved opstart, bedre arbejdsmiljø og ikke mindst bedre driftsøkonomi.

 

Hvor ?

Frekvensomformeren kan bruges i stort set alle applikationer og de findes i både lavspænding (U < 1000v) og mellemspænding (U>1000V). Sidstnævnte forefindes primært i cement/off-shore segmentet.

Hvordan ?

Nedenstående billede viser skematisk opbygningen af en frekvensomformer.

Netspændingen (AC) bliver ensrettet og udglattet til en DC-spænding, ligesom en alm. strømforsyning. Derefter bliver DC-spændingen “hakket” i små dele vha. et transistormodul, i daglig tale kaldet IGBT-modul. De små dele, bliver tilsammen til en “ny” AC-spænding, se nedenstående billede

Hvad skal man være opmærksom på ?

I forbindelse med brug og installation af en frekvensomformer, er der flere ting man skal være opmærksom på:

  • Støj – audio. IGBT-modulets arbejde, kan høres som en hyletone der afsættes i motoren. Dette kaldes bære- eller switchfrekvensen og kan ligge i området 1-16kHz. Normalt justerbar i opsætningen i frekvensomformeren.
  • Støj – EMC. Kort fortalt betyder højere bærefrekvens større støjudstråling (EMC = Elektromagnetisk Kompabilitet). Det er derfor vigtigt, at installere støjfilter (i de fleste frekvensomformere er det allerede indbygget) og bruge skærmede kabler (længde!) ud til motoren og på styrekabler. Desuden skal jordforbindelsen være solid og installationsvejledningen for den enkelte frekvensomformer skal følges nøje.
  • Jordsfejlsbeskyttelse, HFI, HPFI kan forårsage trip, pga. afledning til jord fra støjfilterets kondensatorer. Desuden kan frekvensomformeren ødelægge funktionen af HFI, HPFI enhederne, da en overlejret DC-strøm “mætter” relæerne.

En generel betragtning af applikationen/opgaven inden man investerer i en frekvensomformer kan anbefales og tag evt. en uvildig rådgiver med på råd. Selvom ovennævnte problematikker virker uoverskuelige, kan de alle løses.

Reguleringsteknik

Der kan være tale om flere reguleringssløjfer i forbindelse med drift med frekvensomformer.

Generelt taler vi om enten motorregulering eller applikationsregulering. Forskellen er:

Motorregulering foregår mellem frekvensomformer og motor:

Der findes to principper.

  1. V/F. (Voltage/Frequency) Motoren reguleres efter en kurveform (forhold mellem udgangsspænding og udgangsfrekvens) i frekvensomformerens software, der kan justeres af brugeren alt efter applikationen. Altid åben reguleringssløjfe, dvs. ingen hastighedstilbagemelding fra motor.
  2. Vektor kontrol, kaldes også feltorienteret kontrol (FOC). Statorstrømmen opbygges af to ortogonale vektorer, magnetisk flux og drejningsmomentet. Frekvensomformeren beregner løbende værdierne ud fra de af softwaren givet værdier i moment- og hastighedsloopet. Dvs. der er en “intern” PI-regulering, der som regel er fabriksindstillet efter de motorværdier, der er indtastet, og som derved sikrer, at de aktuelle strømme ikke overstiger de i softwaren givet referenceværdier. Kan både være åben og lukket reguleringssløjfe. Ved lukket sløjfe er der en position/hastighedstilbagemelding fra motor, normalt i form af en pulsgiver (encoder), men det kan også være en tacho (analog) eller en resolver (analog).

Vektor kontrol er en del mere avanceret end V/F, men vinder mere og mere terræn også i mindre effekter, eftersom de fleste motorer er udviklet til drift med frekvensomformer. Desuden er fald i pris og højere effektivitet medvirkende faktorer til fremtidig succes.

Applikationsregulering foregår mellem perifær styreenhed og frekvensomformer:

Der findes fire principper:

  1. Åben, dvs. der er ingen tilbagemelding fra applikationen og reference bestemmes direkte på frekvensomformerens tastatur eller via analog/digital terminaler, eller BUS-kommunikation på denne.
  2. Lukket, med analog feedback som 0-10VDC, 4-20mA fra tryk- eller temperaturtransmittere. Bruges ved PI/PID regulering af f.eks. ventilationsanlæg. Reference bestemmes som i åben princip.
  3. Lukket, med puls feedback fra anden enhed som f.eks. pulsgiver eller elektronisk styring. Bruges i forbindelse med master/slave drift hvor flere motorer skal kører synkront. Reference bestemmes som i åben princip.
  4. Lukket, med BUS-kommunikation. Feedback kommer fra anden intelligent enhed og kan bruges som de to andre lukkede principper men baseret på BUS-teknologi. F.eks. RS485, Profibus, Devicenet, Profinet, Ethernet, EtherCAT osv. osv. Reference bestemmes som i åben princip.