AC-drives uitgelegd: hoe VFD's werken, voordelen, selectie en toepassingen

Als u een motorbedieningspaneel upgradet, bepaalt de frequentieregelaar hoeveel energie uw motor verbruikt en hoe nauwkeurig u deze kunt regelen. Bij veel retrofits van ventilator- en pompbelastingen vermindert het installeren van een ventilator het energieverbruik met 20-40%. Maar een aandrijving levert deze besparingen alleen op als deze past bij de motor, de belasting en de installatieomgeving. In deze handleiding wordt uitgelegd wat frequentieregelaars zijn, hoe u er een selecteert en welke installatiedetails gemakkelijk over het hoofd worden gezien.

Wat een frequentieregelaar is

Een frequentieregelaar is een elektronisch apparaat dat de snelheid en het koppel van een wisselstroommotor regelt door de frequentie en de spanning die eraan wordt geleverd te variëren. Het wordt ook wel een frequentieregelaar of VFD genoemd, en in sommige industrieën staat het eenvoudigweg bekend als een omvormer.

De frequentieregelaar ontvangt een vaste AC-voeding van het elektriciteitsnet of het distributiesysteem van de installatie en zet deze om in een gecontroleerde uitvoer. De belangrijkste componenten binnenin zijn de gelijkrichter, een DC-bus, een invertertrap en een besturingskaart. Via de operatorinterface kunt u snelheids-, acceleratie- en beveiligingsparameters instellen.

Hoe frequentieregelaars werken

De snelheid van de inductiemotor is evenredig met de frequentie van de voedingsspanning. De synchrone snelheid wordt berekend als 120 keer de frequentie gedeeld door het aantal polen. Wanneer de frequentieregelaar de uitgangsfrequentie verlaagt, vertraagt ​​de motor.

Spanning en frequentie moeten samen veranderen. Door de verhouding tussen spanning en frequentie constant te houden, blijft de magnetische flux in de motor behouden. Bij lage snelheden voegt de aandrijving een spanningsboost toe om voldoende startkoppel te produceren.

Twee hoofdbesturingsplatforms

V/f-regeling is de open-lusmethode. Het stelt de spanning en frequentie in volgens een vooraf bepaalde curve en is eenvoudig, robuust en geschikt voor de meeste ventilator-, pomp- en compressortoepassingen. Vectorbesturing maakt gebruik van een gesloten-lusalgoritme, vaak met een encoder, om koppel en snelheid met veel grotere nauwkeurigheid te regelen. Het wordt gebruikt op kranen, liften, extruders en werktuigmachines waar de belasting snel verandert.

Waarom AC-drives gebruiken

De sterkste reden om een AC-aandrijving is energiebesparing op belastingen met variabele snelheid. Centrifugaalventilatoren en pompen volgen de affiniteitswetten: het vermogen verandert met de derde macht van snelheid. Door de snelheid te verlagen van 100 procent naar 80 procent verandert het opgenomen vermogen naar ongeveer 51 procent van de oorspronkelijke waarde. Een ventilator van 90 kW die op 70 procent snelheid draait, verbruikt ongeveer een derde van het vermogen dat hij op volle snelheid nodig zou hebben, en vergeleken met demperregeling liggen de besparingen doorgaans in het bereik van 40-60 procent.

Naast besparingen verbetert een drive ook de procesconsistentie. Mixers, extruders en textielmachines vertrouwen op een stabiele snelheid om de productkwaliteit herhaalbaar te houden. Bij extrusie zorgt een kleine snelheidsvariatie voor een lijndikteverschil dat eindigt als afvalmateriaal. De gecontroleerde acceleratiefunctie vermindert de mechanische belasting op riemen, versnellingsbakken en koppelingen, waardoor de onderhoudskosten dalen en de levensduur van de apparatuur wordt verlengd.

Direct-on-line starten vergt zes tot acht keer de nominale motorstroom. Een aandrijving beperkt de inschakelstroom tot slechts 1,5 tot 2 keer de nominale stroom, waardoor spanningsdaling op de installatielijn en mechanische schokken op tandwielen, riemen en assen worden verminderd.

Typen en toepassingen

Frequentieregelaars worden meestal gegroepeerd op uitgangsspanning. Laagspanningsaandrijvingen bestrijken 200-690 V en worden gebruikt voor motoren van een paar honderd watt tot ongeveer 500 kW. Middenspanningsaandrijvingen bestrijken 2,3-11 kV en bedienen motoren met hoog vermogen in het megawattbereik.

Veel voorkomende industriële toepassingen zijn onder meer:

• Centrifugaalpompen en ventilatoren in waterbehandelings-, HVAC- en ketelsystemen
• Luchtcompressoren in installaties met grote drukvariaties
• Mixers, centrifuges en roerwerken in de chemische en voedselverwerking
• Liften, portaalkranen en takels die soepele snelheidsveranderingen vereisen
• CNC-bewerkingsmachines, verticale draaibanken en roterende snijmachines
• Extruders en raffinaderijen in de rubber- en kunststofindustrie

Raynen Technology publiceert ook toepassingsoplossingen voor specifieke machines, zoals energiebesparende retrofits van luchtcompressoren, ketelventilatorsystemen, beluchtingsventilatoren voor rioolwaterzuivering, watervoorziening met constante druk en schroefextruders. Hetzelfde aandrijfplatform kan worden geconfigureerd om bij deze mechanische ontwerpen te passen.

Hoe u een frequentieregelaar selecteert

Begin met het typeplaatje van de motor, niet met een catalogus. Het vermogen van de omvormer moet gebaseerd zijn op de motorstroom en niet op het motorvermogen. Voor belastingen met een variabel koppel, zoals ventilatoren en pompen, kan de aandrijving vaak even groot zijn als de motor. Laat bij constante koppelbelastingen een marge van één of twee aandrijfgroottes boven het motorvermogen.

De karakteristiek van het belastingskoppel is het eerste dat moet worden geïdentificeerd. Variabele koppelbelastingen hebben een koppel dat stijgt met het kwadraat van de snelheid. Constante koppelbelastingen leveren hetzelfde koppel over het hele snelheidsbereik, en constante vermogensbelastingen verminderen het koppel naarmate de snelheid stijgt.

Andere factoren zijn onder meer de omgevingstemperatuur, de hoogte en het type behuizing. De meeste schijven hebben een lagere rating boven 40 graden Celsius en boven 1000 m hoogte. Als de motorkabel langer is dan 50 m, vraag dan naar een uitgangsreactor om de motorwikkeling te beschermen tegen gereflecteerde spanningspieken.

Als de aandrijving moet worden bewaakt vanaf een PLC of SCADA, controleer dan welke communicatie-interface beschikbaar is. Stoffige, vochtige of chemisch agressieve omgevingen vragen om een ​​hogere beschermingsgraad of een goede behuizing.

Installatie- en aanschafoverwegingen

Harmonische vervorming is een veelvoorkomend probleem wanneer meerdere schijven via dezelfde transformator worden gevoed. Het toevoegen van een lijnreactor of een DC-smoorspoel vermindert de stroomvervorming en is meestal een goedkope manier om aan de lokale limieten voor de stroomkwaliteit te voldoen.

Remmen: als de last de motor kan reviseren, bijvoorbeeld een kraan die een last laat zakken of een transportband die met een zware last stopt, heb je een dynamische remweerstand of een regeneratieve unit nodig.

Vergeet nooit de documentatie en after-sales ondersteuning. Vraag naar de gebruikershandleiding, elektrische tekeningen en de installatiesoftware in de taal die uw technici gebruiken. Raynen Technology publiceert deze materialen in haar downloadcentrum . Als de leverancier van de aandrijving deze artikelen niet vooraf levert, riskeert u later langere inbedrijfstellingstijden en hogere reparatiekosten. Voor een specifieke motor en belasting kan de technische ondersteuning pagina is de juiste plaats om de schijfgrootte en compatibiliteit te bevestigen voordat u bestelt.

Raynen-aandrijvingen voor industriële AC-toepassingen

Raynen Technology, het industriële automatiseringsmerk achter raynendrive.com, ontwerpt en produceert AC-aandrijvingen naast softstarters, servosystemen, PLC's en mens-machine-interfaces. Het bedrijf werd opgericht in 2007 en is genoteerd aan de Shanghai Stock Exchange. Het productportfolio is bedoeld om de besturings-, aandrijf- en uitvoeringslagen van een complete machine te bestrijken.

Voor standaard laagspanningsventilator-, pomp- en textieltoepassingen biedt de RVE21 Smart drive een compacte, gebruiksvriendelijke oplossing met eenvoudige parameterinstelling. Wanneer het proces nauwkeurige snelheids- en koppelregeling vereist, biedt de RVE32-vectoraandrijving gesloten-lusprestaties voor kranen, liften, mixers en werktuigmachines. Voor motoren met hoog vermogen in de watervoorziening en de petrochemische dienst verzorgt de RVE1000-serie middenspanningsvoeding tot 11 kV.

De catalogus van het bedrijf omvat ook softstarters voor laag- en middenspanning, PLC's, HMI's, servomotoren en servoaandrijvingen. Deze breedte is om twee redenen van belang. Ten eerste kunt u consistente technische ondersteuning krijgen van één leverancier. Ten tweede kan de aandrijving worden geïntegreerd met een compleet besturingssysteem dat de PLC en de HMI omvat, waardoor de inbedrijfstelling wordt versneld.

RVE21 slimme laagspannings-wisselstroomaandrijving voor motoren van 55-200 kW De RVE21-serie biedt een breed spanningsbereik en een overbelastingscapaciteit tot 200%, met een verwijderbare afscherming voor installatie naast elkaar. Het onafhankelijke luchtwegontwerp zorgt voor betrouwbare koeling, waardoor het een kosteneffectieve keuze is voor integratie met PLC- en HMI-systemen. Bekijk Product →

RVE32 Vector AC-aandrijving voor toepassingen met hoog vermogen tot 800 kW De RVE32-serie beschikt over sensorloze vectorbesturing en automatische lusparameteraanpassing, waardoor foutopsporing niet nodig is. Verkrijgbaar in plastic of ijzeren behuizingen met Modbus-standaard, geschikt voor hoge vermogensbehoeften van 250 tot 800 kW met display met twee regels. Bekijk Product →

RVE1000 middenspanningswisselstroomaandrijving voor directe hoogspanningsmotorregeling De RVE1000-serie maakt gebruik van meertraps H-brug-cascadering voor spanningssuperpositie en ARM/DSP-besturing, waardoor directe aandrijving van hoogspanningsmotoren zonder filters mogelijk is. Het is ontworpen voor master-slave-besturing van transportbanden en bedient de chemische, hijs-, luchtcompressor- en staalindustrie. Bekijk Product →

De juiste frequentieregelaar bespaart energie, verbetert de processtabiliteit en beschermt de motor en de stroomafwaartse apparatuur. Selecteer het op het typeplaatje van de motor, bevestig het belastingstype en controleer de omgevings- en communicatievereisten. Als u een specifieke toepassing heeft, gebruik dan het technische ondersteuningsteam van Raynen om de maatvoering en de volledige documentatieset te bevestigen voordat u een bestelling plaatst.