Jak bezpiecznie rozpędzić silnik powyżej częstotliwości znamionowej? Charakterystyka 87 Hz

Podłączenie silnika indukcyjnego do przemiennika częstotliwości daje możliwość sterowania silnikiem powyżej wartości znamionowej. Z tego powodu zainwestowanie w przemiennik daje nam pozytywne  wartości nie tylko od strony sterowania i zabezpieczeń, ale także w przypadku podniesienia wydajności.

Niestety, jest także druga strona medalu, która niesie ze sobą pewne negatywne zjawiska, które znacznie wpływają na pracę układu po wejściu powyżej tych wartości znamionowych. Mocno zauważalnymi są:

• Osłabienie strumienia pola, a przez to zmniejszenie momentu silnika;
• Szybsze zużycie się silnika;
• Ryzyko wzrostu temperatury (obciążenie cieplne).

Wykorzystanie charakterystyki będzie miało swoje zastosowanie tylko i wyłącznie w obciążeniach lekkich, czyli głównie w przypadku wentylatorów lub pomp.

---

Jedno rozwiązanie do sterowania ruchem maszyn! Poznaj Unitronics Motion Control

>> Poznaj rozwiązanie, które upraszcza pracę producentów maszyn <<

---

Na czym polega wykorzystanie charakterystyki 87Hz?

W charakterystyce 87Hz wykorzystujemy metodę sterowania U/f, czyli utrzymywanie liniowej zależności napięcia do częstotliwości. Bezpieczne podbicie częstotliwości do 87Hz umożliwia nam przesunięcie punktu pracy.

Praca w tym trybie pracy jest możliwa tylko i wyłącznie dla silników, które przy znamionowych wartościach możemy połączyć w gwiazdę i w trójkąt. Jeśli napięcie silnika przy połączeniu w gwiazdę pomniejszymy o ,  będziemy mogli zwiększyć prędkość silnika o:, praktycznie nie zmieniając momentu. 

Obliczając na podstawie liniowej zależności U/f i połączenia silnika w trójkąt również uzyskamy częstotliwość równą niemal 87Hz. Proporcja U/f przy zasilaniu 230VAC i częstotliwości maksymalnej 50Hz jest równa 4,6. Jeśli zasilimy silnik 400V i zostawimy połączenie w trójkąt (utrzymanie tej samej proporcji), to możemy obliczyć maksymalną częstotliwość pracy.

Silnik w trybie pracy częstotliwości 87Hz nie będzie pracował w osłabionym polu. Jego strumień będzie stały.

Na co zwrócić uwagę przy stosowaniu metody 87Hz?

Oto najważniejsze wytyczne, na które trzeba zwrócić uwagę przy stosowaniu metody 87Hz:

• Temperatura silnika;
• Temperatura falownika;
• Mechaniczne limity prędkości silnika i aplikacji;
• Przewymiarowanie przemiennika częstotliwości (odpowiednie obciążenie prądowe).

Dane silnika i przemiennika częstotliwości Unitronics

W dalszej części artykułu będziemy implementowali charakterystykę 87Hz w falownik UMI-0007EE-B1, do którego jest podłączony silnik o parametrach widocznych na zdjęciu poniżej:

Uzwojenia silnika są połączone w trójkąt.

Jak sparametryzować przemiennik częstotliwości Unitronics do pracy z charakterystyką 87Hz?

Teraz krok po kroku przejdziemy przez obliczenia parametrów i ich wprowadzenie do przemiennika częstotliwości.

Obliczenie podstawowych parametrów

W pierwszej kolejności musimy obliczyć, jaką prędkość znamionową będzie posiadał nasz silnik przy maksymalnych 87Hz. Do tego służy taki wzór:

Gdzie:

• p - Liczba par biegunów silnika
• s – poślizg

Poślizg liczymy ze wzoru:

s = n₀- n

Gdzie:

• n₀ – prędkość wirującego pola magnetycznego, można policzyć ze wzoru (60 * f_znamionowa) / liczba par biegunów
• n – prędkość znamionowa silnika

W przypadku naszego silnika obliczenia wyglądają następująco:

Moc silnika należy przemnożyć przez .

Parametryzacja przemiennika częstotliwości Unitronics

Zaczniemy od najważniejszego parametru, bez którego użycie charakterystyki 87Hz byłoby niemożliwe – ustawienia sterowania U/f. Domyślnie falownik Unitronics jest ustawiony do pracy w trybie wektorowym.

1. P00.00 = 2 – implementacja trybu U/f w przemienniku

W tym przykładzie zadawanie sygnału start/stop (P00.01 = 0 – panel sterowania) oraz źródło zadawania częstotliwości (P00.06 = 0 – panel sterowania) zostawiam na wartościach domyślnych.

Kolejnymi parametrami do zmiany będą górne limity częstotliwości wyjściowej. Bez tego nie będziemy w stanie zwiększyć częstotliwości powyżej domyślnych 50Hz.

2. P00.03 = 87.0Hz – zmiana maksymalnej częstotliwości wyjściowej
3. P00.04 = 87.0Hz – zmiana górnego limitu częstotliwości

Przy okazji zmieniam wartości czasu przyspieszania i czasu hamowania:

4. P00.11 = 20.0s – czas przyspieszania
5. P00.12 = 20.0s – czas hamowania

Teraz przechodzimy do parametrów silnika, które ustawiamy w grupie parametrów P02.

6. P02.01 = 0.7kW – moc silnika P_87Hz;
7. P02.02 = 87.0 Hz – częstotliwość znamionowa przy charakterystyce 87Hz;
8. P02.03 = 2510 obr/min – znamionowe obroty silnika n_87Hz;
9. P02.04 = 400V – napięcie zasilania;
10. P02.05 = 2.0A – prąd znamionowy silnika przy połączeniu w trójkąt.

Podsumowanie

Stosowanie techniki 87Hz pozwala na zwiększenie efektywności w najprostszych aplikacjach. Podbicie prędkości silnika w przypadku wentylacji czy pomp może pomóc uzyskać pożądane efekty lub znacznie je podwyższyć.

Należy pamiętać, że pomimo bezpiecznego zwiększania napięcia obroty są wyższe niż znamionowe, co może wpłynąć na żywotność i przegrzewania się silnika. W związku z tym należy częściej kontrolować stan aplikacji.

---

Poznaj podstawy przemienników częstotliwości z naszą akademią

>> SPRAWDZAM AKADEMIĘ FALOWNIKÓW UNITRONICS <<