Ce probleme pot fi întâlnite în utilizarea convertizoarelor de frecvență

Ce trebuie sa știi înainte să utilizezi un convertizor de frecvență

Utilizăm convertizoarele de frecvență în diverse aplicații datorită numeroaselor avantaje pe care ni le oferă, cum sunt: reglarea vitezei motoarelor trifazate, cuplu mare la turații mici, creșterea eficienței, control lin și precis, automatizarea proceselor, etc.

Atunci când instalăm un convertizor de frecvență trebuie să avem în vedere că pot apărea anumite manifestări specifice electronicii de putere.
În cazul acesta este vorba de tranzistoare IGBT și tehnologia PWM.

Deși în majoritatea cazurilor aceste efecte secundare nu sunt observate, pot fi situații în care să fie nevoie de anumite măsuri pentru diminuarea efectelor nedorite.

Probleme și soluții

Dimensionarea convertizorului

Nu utilizați un convertizor cu o putere mai mică decât a motorului, indiferent cât de mică este încărcarea motorului (sarcina), exemplu, convertizor de 15 kW cu motor de 22 kW. Curentul de riplu va crește vârfurile de curent pe ieșire, producând declanșarea releului de suprasarcină.

Nu utilizați un convertizor pentru acționarea unui motor mai mic cu mai mult de trei trepte (clase) de putere (puteri motoare) decât convertizorul. Poate apărea instabilitate în funcționare. Exemplu: nu utilizați un convertizor de 2,2 kW pentru a controla un motor de 0,55 kW (puteri motoare acceptate 2,2 kW, 1,5 kW, 1,1 kW, 0,75 kW)

Dacă conectați în paralel mai multe motoare pe același convertizor, care vor funcționa în același timp, alegeți un convertizor cu o treaptă de putere mai mare, Exemplu, pentru a controla două motoare de 0,75 kW utilizați un convertizor de 2,2 kW, nu unul de 1,5 kW. Altfel există riscul acționării protecției la supracurent.

Detalii suplimentare găsiți în articolul Alegerea convertizoarelor de frecvență.

Curenți de scurgere la pământ

Convertizorul utilizează dispozitive de comutație rapidă pentru control PWM.
Când se utilizează cabluri lungi pentru alimentarea convertizorului sau a motorului pot apărea curenți de scurgere între cablu și pământ sau între motor și pământ datorită capacității acestora.
Intensitatea acestor curenți paraziti depinde în special de frecvența purtătoare PWM și de lungimea cablurilor de intrare (alimentare) și de ieșire (motor).

Pentru a limita curenții de scurgere este recomandat să luați masurile descrise în articolul: Curenții de scurgere la pământ. Probleme și soluții.

Defect de punere la pământ

Înainte de a pune instalația sub tensiune, verificați cablarea între convertizor și motor pentru a elimina conexiunile greșite (puneri la pământ sau scurtcircuite).
Nu legați la pământ punctul neutru al conexiunii stea (Y) a motorului.

Interferențe radio

Din moment ce convertizoarele de frecvență utilizează metoda de control PWM, acestea produc perturbații care pot afecta câteodată instrumentele din apropiere, sistemele electronice, etc.
Intensitatea perturbațiilor variază mult în funcție de rezistența la perturbații a dispozitivelor afectate, condițiile de cablare și tipurile de cabluri, distanța dintre acestea și convertizor.
Sunt numeroase măsuri care se pot lua pentru a limita efectele perturbațiilor, le găsești în acest articol: Interferențe radio și măsuri pentru reducerea acestora

Senzația de șoc electric la atingerea carcasei

Problema observată

După pornirea convertizorului de frecvență, poate fi prezentă o tensiune electrică pe carcasa tabloului electric, care determină simțirea unui șoc electric la atingerea carcasei.
Vatoarea teniunii este mult sub cea nominală atunci când convertizorul este pus sub tensiune, dar nu funcționează și implicit sub valoarea periculoasă pentru om.

Soluție

• Dacă este disponibilă o bară de împământare sau o legătură la priza de pământ, legați carcasa mașinii, cofretul tabloului, cutia metalică, la împământare.
• Dacă nu există o împământare în zonă, trebuie să conectați carcasa motorului la borna de împământare, PE, a convertizorului de frecvență și asigurați-vă că jumper-ul (puntea) EMC / J10 este conectată în scurt în cazul convertizoarelor GD350 de ex.

Zgomot la anumite frecvențe sau țiuit

Când un motor este controlat printr-un convertizor de frecvență va fi supus la vibrații mai mari decât în cazul conectării directe la rețea. Vibrațiile pot fi reduse la un nivel neglijabil prin montarea fermă și sigură a motorului și mașinii. Dacă baza de prindere este slabă, vibrațiile pot crește în sarcini reduse datorită rezonanței mecanice.

La frecvențe joase este normal ca motorul să producă un sunet ascuțit, un țiuit.

Soluție

• Creșteți frecvența purtătoare PWM a convertizorului la 4 kHz, de ex. (Toshiba, F300; INVT, P00.14).
• Creșterea frecvenței purtătoare scade zgomotul electromagnetic produs de motor, dar crește perturbațiile.
• Reducerea vibrațiilor prin ajustarea parametrilor (INVT, P04.10 – P04,12, GD350 P11.27)
• Evitarea frecvenței de rezonanță (Toshiba F270 – F275, INVT P08.09 – P08.14)
• Reducerea amplificării cuplului, atunci când apar vibrații la frecvențe mici (Toshiba vb, F172, F176, F180, INVT P04.01, P04.02)

Vibrații, instabilitate și declanșări la supracurent

Când un motor este controlat printr-un convertizor de frecvență va fi supus la vibrații mai mari decât în cazul conectării directe la rețea. Vibrațiile pot fi reduse la un nivel neglijabil prin montarea fermă și sigură a motorului și mașinii. Dacă baza de prindere este slabă, vibrațiile pot crește în sarcini reduse datorită rezonanței mecanice.
Vibrații anormale pot să apară, la fel și declanșări la supracurent, în funcție de asocierea convertizor, motor, sarcină.

Soluții:

Scădeți frecvența purtătoare (Toshiba, F300; INVT, P00.14), pentru cazurile de mai jos:

La convertizor este conectat un motor cu o putere mult mai mică decât a convertizorului.

• Dacă sarcina antrenată de motor este sub 5% din sarcina nominală
• Dacă inerția dată de sarcină este foarte mică
• Dacă sunt utilizate motoare speciale

Setați accelerare și decelerare în forma literei S – curba S, (Toshiba F502, F506 – F509, INVT P01.05 – P01.07, P01.27, P01.28). Dacă este utilizat controlul vectorial, ajustați raportul momentului de inerție a sarcinii (Toshiba F459, INVT P03.40 – P03.43, P17.45, P91.22), sau treceți pe mod de control V/f constant, pentru cazurile de mai jos:

• Dacă se utilizează cu un cuplaj între motor și sarcină care are un joc mare.

Când este utilizat controlul vectorial, ajustați raportul momentului de inerție a sarcinii (Toshiba F459, INVT P03.40 – P03.43, P17.45, P91.22) sau treceți pe control V/f constant, pentru cazurile de mai jos:

• Dacă sarcina mecanică are fluctuații bruște în rotire cum sunt cele date de mișcarea pistonului.

Condensatoare pentru îmbunătățirea factorului de putere

Nu instalați condensatoare pentru compensarea energiei reactive pe intrarea sau pe ieșirea convertizorului.
Instalarea condensatoarelor pe intrare sau pe ieșire cauzează circulația unor curenți armonici prin condensatoare, afectând condensatoarele sau producând declanșarea (intrarea în eroare) a convertizorului.
Pentru a îmbunătăți factorul de putere, instalați o bobina de reactanță pe partea primară a convertizorului (pe intrare).

Instalarea unei bobine de curent alternativ (reactanța) pe intrare

Aceste dispozitive sunt utilizate pentru îmbunătățirea factorului de putere și pentru reducerea curenților armonici și a supratensiunilor. 
În anumite condiții, este necesară instalarea acesteia.

Utilizarea convertizoarelor cu bobina de curent continuu încorporată

Armonicele sunt unde sinusoidale ale căror frecvență este multiplul frecvenței de bază (50 Hz sau 60 Hz) a rețelei de alimentare. Acestea sunt produse de redresor și circuitul de netezire de pe intrarea convertizoarelor de frecvență. Deci pot fi armonice de ordinul 2 (100 Hz), de ordinul 3 (150 Hz), etc.
Armonicele produse de convertizor pot afecta sursele de alimentare și alte echipamente conectate la aceeași sursă că a convertizorului. Acestea depind de tipul și puterea convertizorului și sunt limitate de structura acestuia. 

Bobina c.c. ajută la reducerea armonicilor și la îmbunătățirea factorului de putere. Doar anumite modele de convertizoare au bobina c.c. încorporată, verificați specificațiile.

Precauții la cablare

Trasee și distante între cabluri

Evitați traseele paralele între cablurile care ies din convertizor spre motor, cablurile de alimentare, cablurile de comandă și de comunicație.

Atunci când traseele sunt paralele, păstrați o distanță între 200 și 500 mm între cabluri conform imaginii de mai jos.
Unde distanțele nu pot fi respectate, folosiți despărțitoare sau tuburi metalice legate la pământ la un singur capăt.
Ajută și utilizarea cablurilor de forță ecranate legate la pământ la un capăt, se reduc perturbațiile, interferențele, dar cresc curenții de scurgere. Detalii găsiți în articolul Interferențe radio și măsuri pentru reducerea acestora.

Instalarea unui întrerupător automat

• Instalați o siguranță automată cu întrerupător diferențial pe partea de alimentare a convertizoului pentru protejarea cablurilor
• Evitați conectarea și deconectarea frecventă a întrerupătorului pentru a opri motorul.
• Pentru oprirea și pornirea frecventă a motorului, legați contactul unui buton între bornele de intrare dedicate pornirii (ex. Toshiba, F – P24, INVT S1 – +24V, în logica pozitivă).

Instalarea unui contactor pe alimentare

• Pentru a preveni repornirea automată după întreruperea tensiunii sau după declanșarea releului de protecție, ori după acționarea circuitului de protecție, instalați un contactor pe partea primară (pe intrare).
• Convertizorul este prevăzut cu un releu de protecție intern, deci dacă bobina contactorului va fi conectată la releul de ieșire acționat la defect, contactorul se va deschide la acționarea circuitului de protecție intern.
• Convertizorul de frecvență poate fi utilizat fără contactor.
• În acest caz, utilizați un întrerupător automat prevăzut cu bobina de declanșare pentru a întrerupe circuitul de alimentare când protecția convertizorului este activată.
• Evitați comutarea frecventă a contactorului pentru a opri motorul
• Pentru oprirea și pornirea frecventă a motorului, utilizați bornele de intrare dedicate pornirii (ex. Toshiba, F – P24, INVT S1 – +24V, în logica pozitivă).

Instalarea unui contactor pe ieșire

• De regulă, daca este instalat un contactor între convertizor și motor, nu îl conectați sau deconectați în timpul funcționarii.
• Dacă circuitul către motor este întrerupt, un curent mare poate circula prin convertizor, producând defectarea convertizorului.
• Se poate instala un contactor pentru a schimba motorul (când sunt conectate mai multe motoare pe același convertizor) sau pentru trecerea motorului pe rețea (conectare directa), dar care să fie comutat când convertizorul este oprit.
• Utilizați întotdeauna interblocarea mecanică între contactori pentru a evita conectarea la rețea a ieșirii convertizorului.

Semnale externe

• Utilizați relee care absorb un curent mic. Montați o protecție la supratensiuni pe bobina releului (filtru de deparazitare).
• Pentru circuitele de comandă, utilizați cabluri ecranate sau cabluri cu perechi de fire răsucite.
• Deoarece toate bornele de comandă, exceptând releele (ex. Toshiba, FLA, FLB, FLC; INVT RO1A, RO1B, RO1C), sunt conectate la circuite electronice, izolați aceste terminale pentru a preveni intrarea acestora în contact cu circuitul de putere.
• Când conectați bobina unui releu pe ieșirea pe tranzistor, utilizând sursa internă de 24 V c.c., utilizați o diodă în paralel cu bobina pentru a împiedica generarea tensiunii inverse și acționarea necontrolată a celorlalte intrări.

Instalarea unui releu de suprasarcină

• Convertizorul are un releu termic electronic intern cu funcție de protecție la suprasarcină.
• În cazurile de mai jos curentul de declanșare al releului termic trebuie ajustat:
  • când motorul conectat este mai mic decât motorul pentru care este conceput convertizorul;
  • când conectați mai multe motoare pe același convertizor.
• Instalați relee termice separate pentru fiecare motor în parte, atunci când controlați mai multe motoare cu același convertizor.
• Când utilizați convertizorul în sarcini cu cuplu constant, modificați caracteristica de protecție a releului termic intern pentru acest tip de utilizare.
• Pentru a proteja motorul utilizat în aplicații cu viteze mici, este recomandat să utilizați un motor prevăzut cu releu termic (sonda PTC) încorporat. Altfel riscați că motorul să intre în supratemperatura nedetectabila de celelalte protecții.

Schimbarea vitezei motorului
Utilizarea motoarelor standard

Temperatura

Datorită undei PWM, care nu este o sinusoidă pură, motoarele se încălzesc ceva mai tare decât în cazul alimentării de la rețea.
Este recomandat să utilizați motoare cu izolație de clasa F care permite o temperatură a înfășurărilor de 155 ºC la o temperatură ambientală de 40 ºC. 
Pentru motoare standard, cu izolație din clasa inferioară, modificați setările de protecție la suprasarcină pentru motor standard. (Toshiba OLM, INVT P02.26).
Motoarele se pot supraîncălzi când funcționează la turații micii și cuplu ridicat.

Funcționare la turații joase

Când un motor standard este utilizat la turații scăzute pot apărea probleme de supraîncălzire datorită reducerii efectului de răcire. Motoarele au un ventilator conectat mecanic pe ax, proiectat să asigure o răcire corespunzătoare la turația nominală a motorului. Când turația scade, efectul de răcire se reduce, iar temperatura interioară a motorului crește cu cât sarcina este mai ridicată. De aceea, în aceste situații, este foarte importantă clasa de izolație a înfășurărilor motorului.

Soluții

• Utilizați motorul în sarcini mai ușoare la turații scăzute.
• Măriți efectul de răcire prin ventilare suplimentara.
• Înlocuiți motorul cu unul pentru cuplu constant (pentru convertizoare de frecvență) cu izolație clasa F și setați corespunzător protecția internă a motorului (Toshiba OLM, INVT P02.26).
• Utilizați motoare cu senzor de temperatură integrat în înfășurare (sonda PTC), pe care să îl conectați pe una din intrările de comandă, cu funcție de protecție PTC alocată. (ex.: Toshiba VFAS3, borna RR, F108: 4 – PTC input, F645, F646, F656, INVT GD350, P06.14, P06.22, P06.23, P06.24, P06.25, P28.25). Detaliere într-un articol separat.

Reglarea protecției la suprasarcină

Convertizoarele Toshiba și INVT au releu electronic intern pentru protecție la suprasarcină.
Acesta este setat din fabrică pentru curentul nominal al convertizorului.
Reglați-l la valoarea corespunzătoare curentului nominal al motorului conectat, mai ales dacă este un motor de putere mai mică.

Se calculează: (Imotor/Iconvertizor) x 100.

Se setează din parametrii tHr (Toshiba), P02.27 (INVT).

Funcționare la frecvențe peste 60 Hz

Utilizarea motorului la viteze mari, corespunzătoare unor frecvențe peste 60 Hz, va crește zgomotul și vibrațiile. Limitele rezistenței mecanice a motorului ar putea fi depășite. Solicitările rulmenților cresc. La viteze mari efectul de lubrifiere scade și cresc frecarea, uzura mecanică și temperatura.
Verificați specificațiile motorului pentru utilizare la supraturatie înainte de a seta frecvența peste cea standard.

Oprirea motorului

La întreruperea alimentarii, motorul se oprește liber, adică treptat în timp, nu brusc, din cauza inerției.
Pentru a opri motorul într-un timp cât mai scurt, instalați o frână auxiliară. Aceasta poate fi electrică sau mecanică și trebuie aleasă corespunzător sistemului în care vă fi utilizată.

Sarcini care produc energie regenerativă

Când motorul este asociat cu o sarcină care produce energie regenerativă, funcțiile de protecție la supratensiune sau suprasarcină se pot activa și pot apărea declanșări.
În acest caz, utilizați un convertizor cu circuit de frânare (chopper) interior sau unitate de frânare externă, împreună cu un rezistor de frânare.
Exemple de sisteme unde trebuie preluată energia regenerativă: macarale și alte instalații de ridicat, centrifuge, benzi transportoare care transportă încărcătură în pantă, mașini care trebuie oprite brusc, etc.

Protejarea motoarelor la supratensiuni

Când sunt utilizate convertizoare de 400 V pentru comandarea motoarelor, pot fi produse supratensiuni ruducate care depind de lungimea cablurilor, traseul acestora și de tipul cablurilor utilizate.
Expunerea motoarelor repetată pentru timp îndelungat la supratensiuni poate determina deteriorarea izolației înfășurărilor motorului.

Soluții

• Scădeți frecvența purtătoare PWM (Toshiba, F300; INVT, P00.14).
• Utilizați un motor cu clasa de izolație superioară (clasa F sau mai sus).
• Instalați o bobină de curent alternativ sau un filtru de supratensiuni între convertizor și motor.

Mecanisme lubrifiate

Utilizarea unor mecanisme lubrifiate la turații joase înrăutățește efectul de ungere. Verificați specificațiile producătorului pentru astfel de utilizări ale reductoarelor și motoreductoarelor.

Reductor, curea, lanț

Capacitatea de lubrifiere a reductorului sau convertizorului mecanic montate între motor și mașină poate fi afectată la viteze mici.

Când operează la frecvențe peste 60 Hz, mecanismele de transmisie cum sunt reductoarele, curelele și lanțurile, pot crea probleme cum ar fi zgomot, scăderea forței sau reducerea duratei de viață.

Utilizarea motoarelor speciale

Motor cu frână

Când utilizați un motor cu frană, conectați circuitul de comandă a frânei mecanice pe partea dinspre alimentarea convertizorului.
Daca ați alimenta frâna electromagnetică pe partea de ieșire, frâna nu va putea fi eliberată din cauza tensiunii mici de la pornire.
În general, motoarele cu frână produc zgomot mare la viteze mici.

Motoreductor

Când utilizați un convertizor de frecvență împreună cu un motoreductor, verificați specificațiile producătorului referitoare la intervalul de lucru continuu, deoarece funcționarea la viteză redusă poate cauza lubrifiere insuficientă.

Motoare cu eficiență ridicată

Utilizarea motoarelor de înaltă eficiență este cea mai bună soluție pentru economisirea energiei, îmbunătățirea factorului de putere si reducerea vibrațiilor.

Motor cu mai multe turații (cu schimbarea polilor)

Motoarele cu mai multe turații pot fi conectate la convertizor.
Înainte de a schimba turația (numărul de poli) asigurați-vă că motorul s-a oprit complet.
Puteți utiliza și o singura turație, conectați înfășurările turației mari daca doriți să reglați viteza pe tot domeniul motorului, de la minim la maxim.
Verificați înainte tensiunea de alimentare, curentul absorbit și modul de conectare.

Motor de turație joasa (cu număr ridicat de poli)

Motoarele de turație scăzută, 750 rpm sau mai jos (8 poli sau mai mult), care pot fi utilizate la ventilatoare sau diverse mașini, au un curent mai ridicat decât al celor de 1500 rpm (4 poli).
Curentul nominal al motoarelor de turație joasă este ridicat. De aceea, când alegeți convertizorul, verificați ca valoarea curentului nominal al motorului să fie sub cea a convertizorului.

Motoare monofazate

Deoarece motoarele monofazate sunt prevăzute cu întrerupător centrifugal și condensator de pornire, aceste nu pot fi controlate de convertizor.

Aici găsiți gama noastră de convertizoare de frecvență: https://www.braistore.ro/convertizoare-de-frecventa

Sursa Toshiba