Ak ste niekedy pracovali s priemyselnými motormi, pravdepodobne ste už počuli veľa otázok o párovaní frekvenčných meničov (VFD) s rôznymi typmi motorov. Jedna otázka, ktorá sa pravidelne objavuje medzi našimi zákazníkmi – z ktorých mnohí sú malí výrobcovia, konštruktéri strojov a technici údržby – je: „Dá sa 3hp VFD 3-fázový použiť s jednosmerným motorom?“ Ako dodávateľ špecializujúci sa na riešenia VFD som roky prechádzal presne touto otázkou a odpoveď nie je jednoduché áno alebo nie. Závisí to od toho, ako každý komponent funguje, od použitých elektrických špecifikácií a od toho, čo sa snažíte dosiahnuť nastavením. Poďme si to jasne rozobrať, počnúc základmi 3hp VFD 3 Phase a DC motora.
Najprv sa pozrime na to, čo každá časť robí. Menič s premenlivou frekvenciou, niekedy nazývaný frekvenčný menič VFD, je navrhnutý na riadenie rýchlosti striedavých motorov úpravou frekvencie a napätia energie posielanej do motora. Väčšina štandardných VFD na trhu je skonštruovaná pre striedavé indukčné motory, striedavé synchrónne motory alebo striedavé motory s permanentnými magnetmi – to sú ťahúni priemyselných zariadení, ako sú dopravné pásy, čerpadlá a obrábacie stroje. Náš 3hp VFD 3 Phase je špeciálne navrhnutý pre trojfázové AC motory s výkonom 3 konské sily, takže jeho vnútorné obvody sú vyladené tak, aby zvládli charakteristiky striedavého prúdu týchto motorov. Konvertuje prichádzajúci striedavý prúd (buď jednofázový alebo trojfázový, v závislosti od modelu) na jednosmerný prúd (DC), potom ho konvertuje späť na striedavý prúd s premenlivou frekvenciou, aby vyhovoval potrebám rýchlosti motora. Tento konverzný reťazec je tu kľúčový.
Na druhej strane jednosmerný motor beží na jednosmerný prúd, nie je potrebná žiadna konverzia. Jeho rýchlosť je riadená nastavením napätia odosielaného na jeho kotvu alebo v niektorých prípadoch nastavením prúdu poľa. Jednosmerné motory existujú už desaťročia a stále sa používajú v aplikáciách, ktoré vyžadujú presné riadenie rýchlosti pri nízkych rýchlostiach, vysoký krútiaci moment pri štarte alebo konzistentný výkon v širokom rozsahu otáčok – napríklad žeriavy, kladkostroje a niektoré baliace stroje. Problém je v tom, že štandardný VFD nie je zapojený tak, aby zvládal priamo jednosmerné napájanie, aspoň nie tak, ako je pripojený na striedavý prúd.
Takže môžete skutočne pripojiť 3hp VFD 3 Phase k DC motoru? Poďme na technickú stránku. Krátka odpoveď je: vo všeobecnosti nie, nie so štandardným štandardným VFD. Tu je dôvod. Vnútorný dizajn VFD je navrhnutý pre AC výstup. Vezme prichádzajúci striedavý prúd, usmerní ho na jednosmerný prúd a potom ho premení na striedavý prúd s premenlivou frekvenciou. Jednosmerný motor nepotrebuje invertovaný striedavý prúd – potrebuje čistý jednosmerný prúd. Ak zapojíte jednosmerný motor do výstupných svoriek štandardného VFD, posielate striedavý prúd do komponentu vyrobeného pre jednosmerný prúd, ktorý nebude fungovať správne. VFD je navrhnutý tak, aby dodával striedavý prúd, ktorý mení smer pri nastavenej frekvencii; kotva jednosmerného motora sa pri vytváraní krútiaceho momentu spolieha na konštantný tok prúdu (alebo riadené zmeny prúdu v prípade motorov s kartáčovaným jednosmerným prúdom). Posielanie striedavého prúdu do jednosmerného motora by spôsobilo jeho nadmerné vibrácie, produkovanie malého až žiadneho použiteľného krútiaceho momentu a mohlo by dokonca poškodiť vinutia motora alebo samotný VFD, ak dôjde k prúdovým špičkám.
To znamená, že existuje úzka výnimka. Ak je váš jednosmerný motor v skutočnosti „jednosmerný motor“, ktorý bol prerobený, alebo konkrétnejšie, sériovo vinutý jednosmerný motor, ktorý sa niekedy používa v trakčných aplikáciách – ako sú staré elektrické motory vysokozdvižných vozíkov – niektorí ľudia experimentovali s úpravou VFD tak, aby s nimi fungovali. Ale aj tak to nie je štandardné nastavenie a neodporúča sa to pre väčšinu priemyselných použití. Tieto úpravy vyžadujú prepojenie výstupu VFD tak, aby napájal konštantný jednosmerný prúd namiesto striedavého striedavého prúdu s premenlivou frekvenciou, čo mení celú funkciu meniča. Už by to nebol VFD, pretože VFD sú podľa definície frekvenčné meniče. Pre toto upravené nastavenie by bolo lepšie použiť jednosmerný motorový ovládač navrhnutý na tento účel, a nie 3hp VFD 3 Phase určený pre AC.
Hovorme tiež o prispôsobení výkonu, čo je kritický detail pre každé párovanie motora a pohonu. Náš 3hp VFD 3 Phase je dimenzovaný tak, aby zvládol 3hp AC motor, ktorý odoberá špecifické množstvo prúdu (približne 7,5 ampérov pri 230V trojfázovom pre referenciu). Jednosmerný motor s rovnakým výkonom odoberie rôzny prúd v závislosti od jeho menovitého napätia. Napríklad 3hp 24V DC motor odoberá približne 100 ampérov pri plnom zaťažení, zatiaľ čo 3hp 48V DC motor odoberá približne 50 ampérov. To je spôsob, akým je odber prúdu odlišný, než na ktorý je VFD navrhnutý. Aj keby ste mohli upraviť VFD na výstup jednosmerného prúdu, jeho vnútorné komponenty (ako tranzistory používané v invertorovom stupni) by boli dimenzované na nižší prúd 3hp striedavého motora, nie na oveľa vyšší prúd, ktorý potrebuje jednosmerný motor s rovnakým výkonom. To by viedlo k prehriatiu, predčasnému zlyhaniu dielu alebo bezpečnostnému riziku spôsobenému elektrickým preťažením.
Možno si hovoríte: „Čo ak použijem iný disk?“ To je dobrá otázka. Ak potrebujete reguláciu rýchlosti jednosmerného motora, VFD nie je tým správnym nástrojom. Namiesto toho by ste chceli regulátor jednosmerného motora, ktorý je účelovo vytvorený na úpravu jednosmerného napätia na riadenie rýchlosti. Ale ak pracujete s AC motormi, VFD je perfektným riešením. Naša webová stránka ponúka celý rad možností pre rôzne nastavenia, vrátane 5hp VFD jednofázového vstupu pre menšie jednofázové zdroje napájania alebo 3fázového frekvenčného meniča pre väčšie priemyselné trojfázové systémy. Ak máte pre svoj trojfázový motor k dispozícii iba jednofázové napájanie, náš jednofázový frekvenčný menič je navrhnutý tak, aby konvertoval jednofázový vstup na trojfázový výstup, takže nemusíte prepájať svoje zariadenie na trojfázové napájanie. Toto všetko sú riešenia pre riadenie striedavých motorov, prispôsobené rôznym energetickým potrebám a veľkostiam motorov.
Ďalšou častou mylnou predstavou, ktorú počúvam od zákazníkov, je, že všetky zariadenia na ovládanie motora sú vzájomne zameniteľné. To nie je pravda. VFD sa špecializujú na striedavé motory kvôli tomu, ako je riadená rýchlosť striedavého motora: pre striedavé indukčné motory je rýchlosť určená počtom pólov v statore a frekvenciou napájacieho zdroja. Úpravou frekvencie môžete nastaviť rýchlosť a nastavenie napätia spolu s frekvenciou (nazývané ovládanie V/Hz) udržuje magnetické pole motora v rovnováhe, aby sa neprehrieval. Jednosmerný motor nemá tento dizajn statora - jeho magnetické pole pochádza buď z permanentného magnetu, alebo z samostatného vinutia poľa, takže ovládanie rýchlosti funguje úplne inak. Pokúšať sa použiť VFD pre jednosmerný motor je ako použiť kľúč ako skrutkovač: môže sa hodiť, ale nebude fungovať tak, ako by mal, a pravdepodobne poškodíte oba nástroje.
Venujme sa aj tomu, čo sa stane, ak sa o to aj tak niekto pokúsi. Počas mojich rokov ako dodávateľ som počul príbehy zákazníkov, ktorí to testovali a skončili s vyprážanými motormi alebo pokazenými pohonmi. Napríklad jedna malá strojárska dielňa sa raz pokúsila pripojiť svoj 3hp VFD 3 Phase k jednosmernému motoru pre vlastný dopravník. Keď ho zapli, motor vydal hlasné bzučanie, prudko sa otriasol a za 10 minút spálil vinutie kotvy. Na opravu bolo potrebné poslať aj VFD, pretože výstupný signál striedavého prúdu poplietol jeho vnútorné riadiace obvody. To je bežný výsledok, pretože VFD nie je navrhnutý na reguláciu jednosmerného napájania jednosmerného motora a jednosmerný motor nie je skonštruovaný tak, aby zvládal striedavý prúd. Nestojí to za to riskovať, aj keď to vyzerá ako lacná skratka.
Kedy by teda VFD a jednosmerný motor niekedy spolupracovali? Jediný scenár, ktorý ma napadá, je, ak máte hybridný systém, kde sa jednosmerný motor používa ako súčasť nastavenia rekuperačného brzdenia a VFD sa stará o výkonovú spätnú väzbu. Aj potom ide o vysoko špecializovanú aplikáciu, nie o štandardný prípad použitia. Regeneračné pohony (typ pokročilého VFD) dokážu zachytiť energiu z motora, ktorý funguje ako generátor – ako keď sa dopravník spomaľuje – a poslať túto energiu späť do elektrickej siete. Ale to je pre AC motory, nie DC motory. Pre jednosmerný motor v regeneračnom systéme by ste stále potrebovali ovládač špecifický pre jednosmerný prúd na spracovanie energetickej spätnej väzby, nie VFD.
Ak je vaším cieľom ovládať rýchlosť jednosmerného motora, správnym krokom je hľadať regulátor rýchlosti jednosmerného motora, nie VFD. Tieto ovládače sú navrhnuté tak, aby upravovali napätie kotvy alebo prúd poľa jednosmerných motorov, takže bez problémov spolupracujú s dizajnom motora. Sú tiež správne dimenzované pre prúdový odber jednosmerných motorov, ktorý, ako som už spomenul, môže byť oveľa vyšší ako striedavý motor s rovnakým výkonom. Napríklad 3hp jednosmerný motor potrebuje regulátor s menovitým prúdom najmenej 100 ampérov, ak je 24V, zatiaľ čo 3hp VFD je dimenzovaný len na približne 7,5 ampérov pri 230V. Pokúšať sa použiť VFD tu by znamenalo poddimenzovanie regulátora s obrovskou rezervou, čo by viedlo k prehriatiu a poruche.
Ak teraz pracujete so striedavým motorom a rozmýšľate, či je pre vás 3hp VFD to pravé, v tom žiaria naše produkty. Náš 3hp VFD 3 Phase je skonštruovaný tak, aby pracoval so širokou škálou trojfázových striedavých motorov, od 1/2 hp do 3 hp, v závislosti od účinnosti motora a aplikácie. Podporuje riadenie V/Hz aj vektorové riadenie, ktoré vám poskytuje presnejšie riadenie rýchlosti a vyšší krútiaci moment pri nízkych rýchlostiach – ideálne pre aplikácie, ako sú malé dopravníky, obrábacie stroje a poľnohospodárske zariadenia. Ponúkame aj iné VFD, ktoré vyhovujú rôznym potrebám: ak máte 5hp motor, náš 5hp VFD jednofázový vstup vám umožní používať ho s jednofázovým napájaním, ktoré je bežné v mnohých komerčných nastaveniach bez trojfázového pripojenia. Pre väčšie zaťaženie náš rad 3-fázových frekvenčných meničov zahŕňa modely s vyšším výkonom, takže môžete nájsť tú správnu zhodu pre svoje zariadenie.
Poďme to zhrnúť. Kľúčovým faktom je, že trojfázový VFD s výkonom 3 hp nemožno použiť so štandardným jednosmerným motorom. Ich vnútorné konštrukcie sú prispôsobené pre rôzne typy napájania a funkcie motora a pokus o ich spárovanie povedie k slabému výkonu, možnému poškodeniu zariadenia a bezpečnostným rizikám. Ak potrebujete reguláciu otáčok pre jednosmerný motor, držte sa špeciálneho ovládača jednosmerného motora. Ak pracujete so striedavým motorom a hľadáte VFD, náš rad frekvenčných meničov a frekvenčných meničov – vrátane 3-fázového VFD 3-fázového, 5hp VFD jednofázového vstupu a jednofázového frekvenčného meniča pre nastavenia s nižším výkonom – sú navrhnuté tak, aby spoľahlivo spĺňali priemyselné potreby.
Ak máte otázky týkajúce sa správneho VFD pre váš striedavý motor, potrebujete pomoc s dimenzovaním pohonu alebo sa chcete dozvedieť viac o našich produktoch, neváhajte nás kontaktovať. Sme tu, aby sme vám pomohli nájsť správne riešenie pre vaše priemyselné vybavenie bez ohľadu na aplikáciu.
Referencie
- Riadenie elektromotora: princípy a aplikácie, McGraw-Hill, 2019
- Návrh a prevádzka pohonu s premenlivou frekvenciou, IEEE Press, 2021
- Príručka riadenia priemyselných motorov, National Electrical Manufacturers Association (NEMA), 2020