Actionarea Electrica Reglabila cu Motoare de C.a. Alimentate cu Convertoare Statice de Frecventa

Controlul și reglarea vitezei / turației sistemelor electromecanice de acționare este și va rămâne o problemă destul de importantă pentru orice întreprindere din mai multe aspecte:

creșterea cantitativă și calitativă a producției;

reducerea costurilor de întreținere;

reducerea zgomotelor și vibrațiilor;

necesitatea impusă de procesul de producție;

automatizarea proceselor;

economia de materii prime și materiale;

economia de energie.

În acest moment sistemele de acționare reglabile care parcurg cel mai bine toate aceste criterii sunt cele formate din motoare asincrone trifazate cu colivie și convertoare statice electronice de frecvență.

Destinația convertoarelor de frecvență

În sistemele de acționare alimentate în curent alternativ, convertoarele de frecvență sunt utilizate pentru controlul turației și a cuplului motoarelor asincrone trifazice cu rotorul in scurtcircuit.

Turația acestui tip de motor poate fi reglată prin modificarea frecvenței tensiunii de alimentare. Un convertor de frecvență convertește printr-o modulare controlată electronic tensiunea rețelei de alimentare de frecvență și amplitudine fixă într-o tensiune de frecvență și amplitudine variabilă, reglând astfel turația motorului la valoarea dorită de utilizator.

Modificările aduse instalației existente sunt minime, folosindu-se integral cablurile de alimentare și motoarele existente, aparatul fiind doar inclus între rețea și motor.

Primul convertor static de frecvență din lume a fost lansat in producție de serie mare în anul 1968 de către firma DANFOSS.

Avantaje ale acționărilor reglabile prin intermediul CSF

Folosirea convertoarelor de frecvență în sistemele de acționare duce la numeroase avantaje ce nu pot fi obținute în alte moduri:

reducerea drastică a costurilor de întreținere prin eliminarea șocurilor electrice, mecanice sau de altă natură din instalație și prin protejarea acesteia în situații periculoase;

reducerea consumului de energie electrică cu până la 75% in timpul procesului acționat (50% în cazul pompelor centrifuge si ventilatoarelor) datorită adaptării automate a parametrilor electrici la puterea mecanică necesară și a eliminării consumurilor inutile în perioadele de mers în gol sau subîncărcat;

eliminarea consumului de energie reactivă – se exclude astfel necesitatea instalațiilor foarte costisitoare de compensare a factorului de putere;

creșterea siguranței în funcționare – motoarele asincrone cu colivie sunt mult mai robuste și mai fiabile decât celelalte tipuri de motoare și se pot elimina variatoarele mecanice cu o fiabilitate scăzută datorită elementelor in mișcare;

reglajul într-o gamă largă și extrem de precis al turației motorului.

Convertorul de frecvență este un echipament static, fără elemente în mișcare, ce nu necesită întreținere periodică, cu un grad înalt de fiabilitate și cu o durată lungă de viață (15-20 ani).

mărirea considerabilă a duratei de viață a motorului datorită protejarii integrale a acestuia la:

funcționare în două faze;

scurtcircuit;

supratemperatură – prin înlocuirea unui releu termic în circuitul de comandă al convertorului, ce ia în calculul temperaturii motorului și turația acestuia, parametru ce este foarte important mai ales când are valori mai mici, iar autoventilația este diminuată;

supracurent.

eliminarea pornirilor motorului prin cuplare directă la rețea, fenomen ce are ca urmări:

perturbații în rețeaua de alimentare, în special subtensiuni sau căderi de tensiune;

șocuri importante în instalația acționată ce au consecințe nefaste asupra tuturor elementelor mecanice și asupra materialului prelucrat;

îmbătrânirea rapidă a izolației acestuia ( în special la procesele care necesită porniri și opriri dese).

posibilitatea de automatizare a procesului tehnologic prin includerea convertorului de frecvență într-o buclă închisă de reglaj cu utilizarea regulatorului PID digital programabil încorporat;

protejarea instalației mecanice în situația apariției unei suprasarcini sau a unui blocaj datorită funcției de limitare a curentului prin motor și implicit a cuplului acestuia.

Convertoarele statice de frecvență utilizate în acționări electrice reglabile cu motoare de c.a. sunt fabricate in gama de puteri 0,37 – 400kW și permit obținerea unor avantaje deosebite:

se folosesc atât în domeniul cuplurilor constante ( benzi transportoare, linii de îmbuteliere etc.) cât și in cel al cuplurilor variabile (pompe, ventilatoare, etc.);

au eficiență și fiabilitate deosebite;

prezintă flexibilitate în programare pentru orice tip de aplicație practică;

facilitează o gamă foarte largă de reglare a turației;

au posibilitate de comunicare cu calculatoare de proces și automate programabile;

asigură protecție integrală a convertizorului și motorului.

Aplicații în industrie:

Domeniile de utilizare a convertoarelor de frecvență sunt nelimitate:

linii de montaj;

benzi transportoare;

poduri rulante;

linii de îmbuteliere;

lifturi, macarale, elevatoare;

mașini-unelte din industria construcțiilor de masini, industria de prelucrare a lemnului sau din alte domenii (strunguri, freze, fierăstraie, etc.)

conveioare;

ventilatoare;

compresoare;

mașini de bobinat;

mașini de ambalat si paletizat;

mixere, extrudere;

centrifuge;

mașini din industria textilă și alimentară;

fabrici de hârtie;

standuri de încercări;

pompe din centrale de termoficare urbană, din industria chimică și alimentară.

Principiul de control vectorial al tensiunii (VVC – Voltage Vector Control), ce oferă comparativ cu tradiționala modulare în durată (PWM) câteva avantaje:

pierderi de comutație extrem de mici;

tensiune optimă de alimentare a motorului corespunzătoare frecvenței și încărcăturii;

funcționare stabilă a motoarelor la turații joase și cuplu mare la arbore;

răspuns foarte rapid ( câteva milisecunde ) la variații mari de cuplu;

curent perfect sinusoidal prin motor; magnetizare optimă a motorului ceea ce asigură performanțe dinamice maxime ale acestuia.

Adaptarea automată la motor înseamnă că tensiunea de start, raportul tensiune/frecvență și magnetizarea motorului sunt setate perfect și în mod automat de convertor. Rezultatul constă în performanțe și randament maxime ale motorului fără a se mai depune eforturi pentru identificarea manuală, extrem de complicată, a acestor parametrii.

autoprotejare la toate situațiile periculoase ce pot apare în funcționare: scurtcircuit în motor sau pe cabluri, puneri la pământ pe circuitul de ieșire, supracurent, subtensiune, supratensiune, supratemperatură, întreruperi scurte ale tensiunii de alimentare, lipsa unei faze pe intrare;

posibilitatea de supracurent de 160% din curentul nominal timp de 60 sec. și de supracuplu de pornire de 300% din cuplul nominal;

filtre incluse pentru reducerea armonicilor de curent;

lungimi permise de pana la 300 metri ale cablului spre motor;

funcție de reglare automată a consumului de energie la un nivel minim absolut (A.E.O.- Automatic Energy Optimisation) dezvoltată special pentru cazul acționării sarcinilor cu cuplu variabil: pompe centrifuge și ventilatoare;

posibilitatea de pornire a unui motor cu rotorul aflat în mișcare;

compensare de alunecare pentru menținerea constantă a turației chiar la variații mari de cuplu;

posibilitatea de frânare prin injecție de curent continuu și de frânare dinamică cu disiparea energiei pe un rezistor extern;

trei variante de comandă

local, de la panoul de curent;

de la distantă, prin intermediul intrărilor și ieșirilor aferente plăcii de comandă;

de la distanță de la un calculator sau de la un automat programabil prin interfata serială RS 485 sau prin PROFIBUS;

panou de control local ce conține:

display digital alfanumeric ce ușurează foarte mult operarea, programarea și citirea stărilor de funcționare. Acesta poate afișa toți parametrii aparatului la un moment dat: frecvența, curentul, tensiunea, puterea activă, energia consumată, turația, cuplul, starea termică, etc.

4 taste pentru operare;

4 taste pentru programare.

flexibilitate maximă – poate fi usor programat pentru orice fel de aplicație;

4 frecvențe presetabile ce pot fi sărite pentru evitarea fenomenelor deranjante de vibrații sau rezonantă în instalație;

regulator numeric programabil PID încorporat în structura standard a circuitului de comandă, facilitate ce exclude necesitatea unui regulator extern pentru acționarea produselor cu automatizare în buclă închisă;

posibilitate de programare pentru comanda unui motor cu frână electromecanică încorporată;

numeroase acțiuni și accesorii disponibile: carcase IP 54, module și rezistențe de frânare, filtre RFI, filtre LC pentru motoare, cutii de comandă, circuit de comunicare serială PROFIBUS, soft, controlere speciale, etc.

posibilitate de programare pentru comanda unui motor cu frână electromecanică încorporată;

numeroase intrări și ieșiri analogice și digitale, toate programabile;

funcționare ca regulator de cuplu în buclă deschisă;

afișarea și memorarea tuturor stărilor de funcționare, situațiilor periculoase, alarmelor și defectelor apărute;

gamă largă de reglare a frecvenței de ieșire: 0-1000 Hz;

multiple posibilități de setare a parametrilor pentru aplicații diferite;

4 tipuri diferite de rampe de accelerare / decelerare; liniară, sin, sin2,sin3.