1 Stworzone dla wentylatorów przemienniki częstotliwości COBI Electronic, Stworzone dla wentylatorów przemienniki częstotliwości COBI-Electronic Od czasów ujarzmienia praw magnetyzmu i wymyślenia pierwszych maszyn elektrycznych minęło już blisko 200 lat. Przez ten okres burzliwego rozwoju przemysłowego zostało wymyślone i stworzone wiele urządzeń, bez których nie wyobrażamy sobie naszego życia codziennego. Początkowo zakładano, iż ludzie w przyszłości będą użytkowali urządzenia zasilane napięciem stałym. Jednak czas pokazał nam inne możliwości i uczeni, konstruktorzy oraz pierwsi inżynierowie zdecydowali o tym, że sieć elektryczna nowoczesnego XX-wiecznego świata opierać się będzie na prądzie przemiennym. W pewnych dziedzinach gospodarki, mimo szybkiego rozwoju urządzeń elektrycznych, a później także elektronicznych, nadal królowały maszyny prądu stałego. Ich bezwzględnym atutem w tych aplikacjach była możliwość regulowania prędkości obrotowej w bardzo przystępny sposób. Jednak spory minusem takiego rozwiązania były koszty wyprodukowania, a później stworzenie miejsca instalacji oraz podsieci dla napięcia stałego. Alternatywnie były wtedy rozwijanie także maszyny elektryczne zasilane napięciem przemiennym trójfazowym. Silniki trójfazowe synchroniczne oraz asynchroniczne charakteryzują się mniejszymi rozmiarami oraz są ekonomicznie uzasadnione w wielu gałęziach gospodarki. Jednak długo nie posiadały zalet silników stałoprądowych, czyli możliwości regulacji prędkości obrotowej bez negatywnego wpływu na parametry silnika. Druga połowa dwudziestego wieku była przełomowa dla tej branży i zaczęły powstawać przemienniki częstotliwości, zwane potocznie falownikami, które obecnie wykorzystywane są w przemyśle do regulacji prędkości obrotowej klatkowymi silnikami prądu zmiennego przy zachowaniu stałego momentu napędowego. Stosuje się je w wielu zakładach przemysłowych, a niektóre linie produkcyjne nie istniałyby bez udziału tych urządzeń. Przemienniki częstotliwości wykorzystuje się do łagodnego rozruchu maszyn tzw. soft-start. Sprawdzają się także bardzo dobrze przy układach sterowania w pompach i wentylatorach, gdzie ograniczenie prędkości pracy nie powoduje spadku momentu
2 Stworzone dla wentylatorów przemienniki częstotliwości COBI Electronic, obrotowego. Dzięki niższym obrotom otrzymujemy oszczędności nawet do 50 %, gdyż przekłada się to na mniejszy prąd pobierany z sieci. Stosuje się je także do napędów o zredukowanej przeciążalności oraz tam gdzie nowe technologie wymagają precyzyjnego sterowania. W zależności od zastosowanego stopnia ochrony IP mogą pracować w różnych warunkach roboczych razem z silnikami w specjalnych wersjach technologicznych np. przeznaczonych do działania w strefach zagrożonych wybuchem. Niezależnie od tego gdzie są stosowane zabezpieczają zawsze przed przeciążeniem oraz zwarciem w obwodach silnika. Podstawowym zadaniem każdego przemiennika częstotliwości jest regulacja prędkości obrotowej silników asynchronicznych przy stałym momencie napędowym (mechanicznym). Prędkość ta zależy od częstotliwości napięcia zasilającego, która jest czynnikiem zewnętrznym oraz od liczby par biegunów, co jest z góry określone i zaprojektowane przez konstruktora. Sterowanie napięciem zasilającym w tym wypadku ma znaczenie minimalne przy tych dwóch wielkościach. Kolejnym aspektem jest moment napędowy maszyny. Jego stała wartość zależy od stałości prądu w uzwojeniach oraz stałego strumienia elektromagnetycznego. W przybliżeniu można określić wartość strumienia następującą zależnością: gdzie: Ф strumień elektromagnetyczny, c współczynnik proporcjonalności, U wartość skuteczna napięcia [V], f częstotliwość napięcia wyrażona w [Hz], Z powyższego wzoru wynika podstawowa zasada na jakiej opierają swoje działanie przetwornice częstotliwości, czyli stały stosunek charakterystyki U/f. Obecnie, w dobie ciągłej miniaturyzacji urządzeń coraz więcej aplikacji wymaga zastosowania silników jednofazowych i jednoczesnego ich wysterowania do zadanej
3 Stworzone dla wentylatorów przemienniki częstotliwości COBI Electronic, prędkości obrotowej. Naprzeciw tym oczekiwaniom wychodzi rodzima firma COBI-Electronic z Torunia, która poszerzyła swoją ofertę produktową o nową serię przetwornic częstotliwości rekomendowaną do regulacji prędkości jednofazowych silników asynchronicznych z kondensatorem rozruchowym. Rys 1. Falownik z wyjściem jednofazowym CM-1F-0,37 Aktualnie seria obejmuje cztery produkt zaczynając od mocy 0,25 kw aż do 0,75 kw, posiadające wyjście 1x230 V prądu przemiennego. Urządzenia zostały wyposażone w plastikową obudowę, która zapewnia wysoki stopień ochrony IP 66 podobnie jak w bliźniaczych konstrukcjach trójfazowych. Układ elektroniczny wewnątrz urządzenia został tak zaprojektowany, że chłodzenie konwencjonalne za pomocą dołączonego radiatora jest w pełni wystarczalne i nie ma potrzeby korzystania z wymuszonego obiegu powietrza. Dobrym pomysłem z punktu widzenia użytkownika jest ominięcie konieczności programowania danego urządzenia. Predefiniowane zastosowanie tych produktów do regulacji prędkości wentylatorów jednofazowych z kondensatorem rozruchowym zostało dostrzeżone już na etapie projektowania urządzenia więc parametry takie jak czas przyspieszenia, czas hamowania oraz rodzaj hamowania zostały w sposób optymalny ustawione przez producenta bez możliwości zmian. W wielu przypadkach zdarzało się, że aby móc uruchomić urządzenie potrzebne było szczegółowe zapoznanie się z obszerną instrukcją obsługi. Jednak w tym przypadku
4 Stworzone dla wentylatorów przemienniki częstotliwości COBI Electronic, wystarczy jedynie podłączyć przewody od sieci zasilającej i silnika, następnie podłączyć zewnętrzny potencjometr lub sygnał zgodny z prądem 0-10 lub 0-20mA. Na koniec dodaje się także sygnał start. Schemat jest czytelny, więc powyższe czynności zajmują zaledwie kilka minut i urządzenie gotowe jest do pracy. Dzięki wysokiej częstotliwości kluczowania 16 khz oraz modulacji SPWM na wyjściu przetwornicy uzyskujemy przebieg o kształcie czystej sinusoidy, co powoduje bardzo płynną i cichą pracę silników na niskich obrotach. Zakres regulowanej częstotliwości jest w przedziale od 0 Hz do 50 Hz co w zupełności jest wystarczającym zakresem regulacji, gdyż większość silników dostępnych na rynku jest przystosowana do pracy z prędkością 50 Hz. Jednocześnie praca silnika przy większych częstotliwościach jest także powiązana z mniejszym momentem napędowym wentylatora, co może negatywnie się przełożyć na urządzenie sterowane i być przyczyną awarii. Urządzenia firmy COBI-Electronic zostały wyposażone w izolowane galwanicznie wyjście napięciowe 24 VDC o wydajności prądowej 200 ma dla potrzeb własnych urządzenia oraz wyjście napięciowe 10 VDC o prądzie znamionowym 5 ma do zasilania potencjometru. Wszystkie wejścia analogowe i cyfrowe są optoizolowane o wytrzymałości 2,5 kv. Do wykorzystania mamy dodatkowo wyjście przekaźnikowe 5 A/250 VAC sygnalizujące start silnika. Rys 2. Schemat połączeń falownika CM-1F-0,37
5 Stworzone dla wentylatorów przemienniki częstotliwości COBI Electronic, Produkty firmy COBI-Electronic doskonale wpasowują się w dotychczasową ofertę dostępnych na rynku systemów regulacji silników oraz przetwornic częstotliwości. W porównaniu do sposobów jakimi do pory były regulowane wentylatory oraz pozostałe silniki asynchroniczne produkty toruńskiej firmy wyróżnia szereg zalet oraz pozbawione są one wad jakie posiadają obecnie najbardziej popularne sposoby regulacji. Zastosowanie elektronicznych regulatorów obrotów zbudowanych w oparciu o element typu triak pozwala na regulację fazową powodując obniżenie napięcia zasilającego silnik przy jednoczesnym zachowaniu częstotliwości znamionowej. Wadą tych urządzeń jest mały zakres regulacji prędkości oraz efekt buczenia silnika na mniejszych obrotach. Dodatkowo regulatory tego typu nie nadają się do typowych silników 1-fazowych asynchronicznych z kondensatorem rozruchowym, ponieważ brak możliwości regulacji prędkości sprawia, że obsługują tylko nieliczną grupę silników. Drugim mniej popularnym sposobem regulacji są regulatory prędkości zbudowane w oparciu o autotransformator, gdzie zmiana napięcia wyjściowego polega na zmianie podłączenie do odpowiedniego odczepu na uzwojeniu transformatora. Lecz wykorzystując tą metodę zamiast płynnej regulacji prędkości otrzymujemy stopniową/skokową, przeważnie tylko dla 4-5 prędkości. Jednak w wielu przypadkach zbyt duże gabaryty autotransformatorów i ich waga wykluczają ich zastosowanie, a manualna regulacja jest często nieefektywna. Podsumowując, gdy wybieramy falowniki firmy COBI-Electronic dostajemy produkt skrojony na miarę, który dzięki swej prostocie, konkurencyjnej cenie oraz braku wad jakie występują w tradycyjnych sposobach regulacji prędkości jest wyborem optymalnym. Dodatkowo nie przepłacamy za szereg możliwości jakie w 80% zastosowań są niewykorzystywane. Więcej informacji o produktach COBI-Electronic można znaleźć na stronie dystrybutora firmy Transfer Multisort Elektronik (tme.eu). Autor: inż. Piotr Sędziak,