Sposoby rozruchu silników i zalety stosowania przemienników częstotliwości

Przemiennik częstotliwości pojawia się tam, gdzie jest silnik elektryczny. Jednak używanie tego urządzenia nie zawsze było takie oczywiste - a czasami dalej nie jest. Wiele osób boi się ich używania, część osób zaczyna dopadać ból głowy na myśl o ilości parametrów do skonfigurowania, a część nie czuje potrzeby korzystania z falowników. Więc zazwyczaj używane są metody rozruchu, które powstały praktycznie wraz ze skonstruowaniem pierwszego silnika elektrycznego. Dziś, w tym artykule spróbuję pokazać Ci bliżej używane metody rozruchu, główne zalety stosowania przemienników częstotliwości i ich przewagę na innymi metodami rozruchu. 

Powrót do Akademii falowników Unitronics  

Metody rozruchu silników, których nie ma przemiennik częstotliwości 

Głównymi metodami rozruchu silnika elektrycznego są:

• rozruch bezpośredni,
• rozruch gwiazda-trójkąt, 
• softstarter,
• przemiennik częstotliwości (falownik). 

W celu pokazania tej dużej przewagi falownika nad 3 pozostałymi metodami rozruchu najprościej będzie, jak przybliżę pokrótce każdą z nich, a sam się przekonasz o wyższości przemiennika.  

Rozruch bezpośredni 

Polega na bezpośrednim podłączeniu zasilania z sieci do zacisków silnika. Banalnie proste, jednak to rozwiązanie praktycznie nie posiada zalet. W momencie włączenia zasilania przez silnik popłynie prąd rozruchowy 6 lub nawet 10 razy większy od prądu znamionowego silnika.  Skutkiem tego będzie bardzo szybki wzrost momentu obrotowego, co jest niebezpieczne z punktu widzenia mechanicznego silnika. Grozić to może zniszczeniem podzespołów podłączonych do układu napędowego jak i samego silnika elektrycznego.  Również nastąpi spadek napięcia w sieci zasilającej. 

Kontrola nad zatrzymaniem wału silnika nie istnieje w przypadku tej metody rozruchu. Jest to niebezpieczne np. podczas napędzania pompy, która wprawia w ruch wodę w rurociągach. W momencie utraty zasilania wystąpi zjawisko uderzenia hydraulicznego w rurach, a z tym zniszczenie zaworów i rur. Start takiej pompy również będzie niebezpieczny pod względem wytworzonego ciśnienia, które może spowodować takie same straty.  

Inne wady rozruchu bezpośredniego:  

• Brak diagnostyki silnika; 
• Nieekonomiczny; 
• Brak monitorowania stanu silnika; 
• Duże zużycie energii; 
• Brak regulacji prędkości obrotowej; 
• Brak łagodnego startu;
• Szybsze zużycie mechaniczne silników.  

Rozruch gwiazda-trójkąt  

Uzwojenia silnika trójfazowego elektrycznego można podłączyć na 2 sposoby: w gwiazdę i w trójkąt. Do realizacji uruchomienia gwiazda-trójkąt służą specjalne przełączniki, w których programujemy czas, po którym silnik się przełączy sposób połączenia uzwojeń. Na rynku znajdziemy również ręczne przełączniki. W chwili załączenia zasilania silnik połączony jest w gwiazdę. Ten sposób połączenia powoduje, że w momencie startu silnik posiada obniżoną wartość prądu. Po czasie zaprogramowanym w przełączniku uzwojenia zostaną przełączone w trójkąt.  

Jednak ten typ startu również nie zapewnia nam uniknięcia udarów prądowych. Tutaj występuje on w momencie przełączania rodzaju połączeń, a w rozruchu bezpośrednim występował przy załączaniu zasilania. Jedyna różnica jest taka, że wartość tego udaru będzie mniejsza w przypadku przełączania pomiędzy połączeniem w gwiazdę, a połączeniem w trójkąt.  

Obok udaru prądowego największym minusem jest fakt, że zrealizowanie tego typu uruchomienie wymaga od nas aż 6 przewodów silnikowych, co przy większych odległościach jest uciążliwe oraz kosztowne. Również zwiększenie efektywności tego rozwiązania wymaga zastosowania dodatkowych komponentów (np. układu z autotransformatorem).  

Inne wady rozruchu gwiazda-trójkąt: 

• Brak możliwości regulacji charakterystyki rozruchu; 
• Brak łagodnego zatrzymania;  
• Zmniejszenie mocy silnika przy połączeniu w gwiazdę; 
• Brak diagnostyki i monitorowania stanu silnika; 
• Brak regulacji prędkości obrotowej;
• Brak łagodnego rozruchu.

Softstartery 

Poprzednie metody rozruchu generowały nam udary prądowe oraz wysokie zmiany momentu obrotowego. Chciałoby się więc zapytać, czy istnieje metoda, która będzie mogła nam uruchomić silnik łagodnie, bez jakichkolwiek zakłóceń. Otóż tak i pierwszą z tych metod jest softstarter, inaczej rozrusznik elektroniczny. Jest to urządzenie, które zapewni nam łagodny start silnika oraz jego łagodne zatrzymanie. Będzie on sterował napięciem podawanym na silnik, co pozwoli na uniknięcie udarów oraz obniżenie prądu.  

Sterowanie silnikiem poprzez sofstarter daje nam również dostęp do diagnostyki silnika oraz umożliwia monitorowanie jego stanu. Posiada praktycznie wszystko co przemiennik częstotliwości, oprócz jednej funkcji. Przy pomocy softstartera nie mamy możliwości regulowania prędkości obrotowej silnika. W tym przypadku sprawdzi się on jedynie w aplikacjach, które mogą pracować ze stałą częstotliwością (prędkością obrotową).  

Przemienniki częstotliwości - najważniejsze zalety 

Po poznaniu metod rozruchu możemy przejść do poznania zalet wynikających z używania przemiennika częstotliwości. Jak już może zdążyłeś zauważyć żadne z wcześniej wymienionych metod nie dawało nam kontroli nad prędkością obrotową lub nie mieliśmy wglądu w diagnostykę silnika. Zatem co nam daje przemiennik częstotliwości? 

Pełna kontrola momentu i prędkości obrotowej silnika

Dzięki użyciu falownika w układach sterowania dostajemy możliwość pełnej kontroli prędkości obrotowej silników podłączonych do przemiennika. Dodatkowo wbudowane sterowanie wektorowe w urządzeniu pozwoli nam to zrobić bardzo precyzyjnie i dokładnie, nawet przy zmiennym momencie.

Zmniejszenie kosztów eksploatacji  

Dzięki przemiennikowi częstotliwości możemy zwiększyć żywotność silników, ale także innych urządzeń znajdujących się w układzie. Na przykład możemy uniknąć uderzeń hydraulicznych przy zaniku zasilania, co zwiększy żywotność zaworów i rurociągów.  

Oszczędność energii 

Wyregulowanie odpowiedniej prędkości obrotowej do danej aplikacji lub w odpowiednim momencie czasu pozwoli na zmniejszenie poboru energii przez silnik. Również odpowiedni dobór metody sterowania może przyczynić się do zredukowania jej. Szczególnie sprawdza się to w przypadku aplikacji lekkich, np.: sterowania wentylatorami, pompami.  

Optymalizacja procesu 

Dzięki przemiennikowi częstotliwości możemy zwiększyć czas pracy maszyny, poprzez zmniejszenie liczby postojów lub wyeliminowanie niekorzystnych zjawisk podczas pracy. Dodatkowo poprzez wyregulowanie prędkości silnika do danej aplikacji możemy zwiększyć produkcję.  

Pełna diagnostyka 

Przemiennik częstotliwości nie tylko zapewni nam odpowiedni rozruch, zatrzymanie oraz możliwość regulacji prędkości. Umożliwi on również dostęp do weryfikacji poprawności działania procesu, czy w razie awarii wyświetli odpowiedni błąd. To znacznie zmniejszy czas usuwania usterki dzięki temu, że będziemy wiedzieć, co uległo awarii. 

Zabezpieczenie silników elektrycznych

Przemiennik częstotliwości w pełni chroni silnik przed usterkami. Urządzenie nie pozwoli np. na długotrwałą pracę przy przeciążeniu silnika.  

Wybór charakterystyki rozruchu 

Falowniki Unitronics umożliwiają kilka metod rozruchu. Możemy uruchomić silnik charakterystyką liniową lub charakterystyką krzywej S (łagodny start, łagodne dochodzenie do częstotliwości zadanej). Dodatkowo możemy wyhamować silnik przed startem. Jest to niezwykle przydatne, gdy mamy np.: wciągarkę, na której jest już zawieszony ciężar. 

Wybór charakterystyki sterowania silnikiem

W układach sterowania prędkością obrotową silnika elektrycznego spotkamy głównie 2 metody sterowania: sterowanie skalarne oraz sterowanie wektorowe. Sterowanie skalarne opiera się na zachowaniu stałej proporcji napięcia U do częstotliwości. Sterowanie wektorowe bazuje na wyliczonym modelu matematycznym silnika. Pierwsza metoda będzie wykorzystana tam gdzie mamy do czynienia z lekkimi obciążeniami silnika (np. wentylatory), a druga tam gdzie wymagana jest bardzo duża dokładność sterowania i spotkamy się z dużymi obciążeniami i momentami (np. kruszarki).

Komunikacja z innymi urządzeniami 

Przemienniki częstotliwości dzięki wbudowanym protokołom komunikacyjnych mogą komunikować się z innymi urządzeniami automatyki. Takie rozwiązanie daje możliwość sterowania procesem za pomocą sterownika PLC.  

Szybka konfiguracja przemiennika  

Poprzez dedykowane programy jest możliwa pełna konfiguracja falowników z poziomu komputera. Oszczędza to czas przy programowaniu przemiennika oraz przy ewentualnych poprawkach wprowadzanych konfiguracji.   

Konfiguracja przemienników częstotliwości Unitronics odbywa się poprzez program UniLogic. Te samo oprogramowanie służy do programowania sterowników UniStream oraz serwomechanizmów Unitronics. Dzięki temu otrzymujemy możliwość konfiguracji wielu różnych urządzeń w tym samym środowisku.  

 

W programie od razu widzimy zakres, jednostkę oraz pełny opis danego parametru. To znacznie ułatwia pracę, ponieważ nie musimy co chwila zerkać do instrukcji użytkownika w celu zobaczenia do czego służy dany atrybut.  

PLC z Kamilem: Jak oszczędzić czas konfigurując falownik? 

Sterowanie silnikami różnego rodzaju 

Przemienniki częstotliwości Unitronics sterują silnikami asynchronicznymi. Istnieją na rynku falowniki, które mają możliwość sterowania silnikami synchronicznymi. Często wystarczy odpowiednia zmiana w parametrach urządzenia i możemy szybko przełączyć się z jednego rodzaju silnika na drugi.  

Zasilanie kilku przemienników częstotliwości z jednego źródła zasilania

Poprzez wspólną szynę DC możemy połączyc kilka falowników Unitronics z czego tylko jeden będzie zasilony z zewnętrznego źródła prądu zmiennego.

Sterowanie kilkoma silnikami elektrycznymi z jednego falownika

W przypadku przemienników Unitronics posiadamy również możliwość sterowania kilkoma silnikami indukcyjnymi asynchronicznymi z jednego falownika.

W takim przypadku falownik dobieramy na podstawie sumy mocy wszystkich podłączonych silników.

Szybkie hamowanie silnikiem

Przemienniki częstotliwości posiadają wbudowane funkcje hamowania silnika. Możemy wybrać, czy chcemy aby nasz silnik zatrzymał się wolnym wybiegiem czy np. podczas hamowania wprowadził prąd stały na uzwojenia silnika.

Podsumowanie 

Na tle innych metod rozruchu czy urządzeń, przemienniki częstotliwości bardzo mocno się wyróżniają. Zapewniają pełną kontrolę nie tylko nad rozruchem, zatrzymaniem oraz prędkością obrotową, ale także dają pełny wgląd do stanu silnika i jego diagnostyki. Falowniki poprawiają jakość całego procesu oraz zapobiegają wystąpieniu niechcianym zjawiskom.  

Chcesz użyć przemiennika częstotliwości w swojej aplikacji? Masz problem z doborem? Dowiedz się więcej o sposobie doboru falowników LINK. 

Zapraszamy do zapoznania się z ofertą przemienników częstotliwości (falowników) Unitronics. 

Powrót do Akademii falowników Unitronics