Met welke motorkarakteristieken moet rekening worden gehouden bij het selecteren van een frequentieregelaar?

Het juiste selecteren AC-aandrijving (ook bekend als Variable Frequency Drive of VFD) is een cruciale stap bij het optimaliseren van elk motoraangedreven systeem. De prestaties van de drive zijn intrinsiek verbonden met de motor die hij bestuurt, waardoor een diepgaand begrip van de motorkarakteristieken absoluut essentieel is voor een goede koppeling, efficiëntie en een lange levensduur van het systeem.

Hier zijn de belangrijkste motorkenmerken waarmee strikt rekening moet worden gehouden bij het kiezen van een AC-aandrijving :

1. Motortype en belasting

De fundamentele aard van de motor bepaalt de besturingsmogelijkheden en vereiste prestaties van de frequentieregelaar:

• Motortechnologie (inductie versus synchroon):

  • Inductiemotoren: Het meest voorkomende type. Standaard inductiemotoren kunnen geschikt zijn voor eenvoudige, lichte toepassingen. Voor nauwkeurige regeling of werking bij lage snelheid bij constant koppel is echter een motor met inverterfunctie is vaak vereist. Deze motoren hebben verbeterde isolatie en koeling om bestand te zijn tegen de hoogfrequente schakelingen en spanningspieken die worden gegenereerd door de frequentieregelaar (PWM-regeling).

  • Synchrone/permanente magneetmotoren: Deze vereisen geavanceerdere besturingsalgoritmen (vaak vectorbesturing) van de frequentieregelaar om de snelheid en het koppel nauwkeurig te kunnen beheren zonder 'slip'. De omvormer moet specifiek geschikt zijn voor dit motortype.

• Isolatieclassificatie: De isolatieklasse van de motor (bijvoorbeeld NEMA/IEC) moet de spanningspieken en harmonische inhoud die door de frequentieregelaar worden geproduceerd, kunnen tolereren. Het gebruik van een motor zonder invertervermogen met een moderne aandrijving kan leiden tot vroegtijdige motorstoring.

• Behuizing en koeling: Standaard ventilatorgekoelde motoren verliezen koelcapaciteit bij lage snelheden. Voor toepassingen met continu, laag toerental en constant koppel moet de combinatie aandrijving/motor hiermee rekening houden, waarvoor vaak een speciale aandrijving nodig is motor met inverterfunctie met een onafhankelijke ventilator of een aandrijving die werking op lage snelheid beperkt.

2. Elektrische specificaties en compatibiliteit

Over het voldoen aan de belangrijkste elektrische specificaties valt niet te onderhandelen voor de veiligheid en werking:

• Spannings- en vermogenswaarden (pk/kW): De nominale spanning en het nominale vermogen van de frequentieregelaar moeten overeenkomen met of hoger zijn dan de nominale waarden op het typeplaatje van de motor. De uitgangsstroomcapaciteit van de frequentieregelaar is doorgaans de meest kritische factor, aangezien deze de capaciteit van de motor moet verwerken vollaststroom (FLA) .

• Ampère bij volledige belasting (FLA): De continue stroomsterkte van de omvormer moet gelijk zijn aan of groter zijn dan de FLA van de motor, vooral bij werking op het basistoerental van de motor.

• Ingangsfrequentie (50 Hz of 60 Hz): Hoewel het de taak van de frequentieregelaar is om de uitgangsfrequentie te variëren, moet het ingangsgedeelte compatibel zijn met de voedingsfrequentie van de installatie.

3. Koppel- en snelheidsvereisten

De prestatiecurve van de motor bepaalt het type regeling dat vereist is van de motor AC-aandrijving :

• Koppel-snelheidscurve (belastingstype):

  • Variabel koppel: Belastingen zoals centrifugaalpompen en ventilatoren vereisen een koppel dat toeneemt met het kwadraat van de snelheid. Standaardmotoren en eenvoudige V/Hz-regeling op de frequentieregelaar zijn vaak geschikt, omdat er bij lage snelheden minder koppel nodig is.

  • Constant koppel: Belastingen zoals transportbanden, verdringerpompen en extruders vereisen over hun hele snelheidsbereik dezelfde hoeveelheid koppel. Dit vereist een robuustere frequentieregelaar en vaak ook een motor met inverterfunctie om oververhitting bij lage snelheden te voorkomen.

• Snelheidsregeling bereik: Het vereiste bereik (bijvoorbeeld 10:1, 100:1 of zelfs 1000:1) bepaalt de besturingstechnologie in de frequentieregelaar. Eenvoudige V/Hz-regeling biedt een beperkt bereik, terwijl Sensorless Vector Control (SVC) of Closed-Loop Vector Control (waarvoor een motor-encoder nodig is) nauwkeurige snelheids- en koppelregeling over een groot bereik biedt.

• Startkoppel: De aandrijving moet zodanig zijn gedimensioneerd dat deze het noodzakelijke koppel levert om de belasting vanuit stilstand te versnellen. Vaak gaat het om de schijven overbelastingscapaciteit —het vermogen om gedurende korte perioden een hogere stroom dan de nominale stroom te leveren (bijvoorbeeld 150% gedurende 60 seconden).

4. Feedback- en controlemethodologie

De configuratie van de motor bepaalt vaak de meest geschikte regelmodus in de AC-aandrijving :

• Motorfeedbackapparaat:

  • Geen feedback (open lus V/Hz of sensorloze vector): Gebruikt voor de meeste eenvoudige toepassingen. AC-aandrijvings vertrouw op interne motormodellen zonder directe snelheids- of positiefeedback.

  • Encoder/Resolver (vector met gesloten lus): Vereist voor toepassingen die extreem nauwkeurige snelheidsregeling, koppelregeling of nulsnelheidsvasthoudcapaciteit vereisen (zoals kranen of liften). De frequentieregelaar moet over de juiste terminals en software beschikken om deze feedback te verwerken.

• Motorpolen: Het aantal polen (2, 4, 6, enz.) bepaalt de synchrone snelheid van de motor bij een bepaalde frequentie, die de AC-aandrijving moet rekening houden met de controle-algoritmen.

Door deze motorkarakteristieken zorgvuldig te evalueren, kunnen ingenieurs de geselecteerde garanderen AC-aandrijving biedt de noodzakelijke kracht, bescherming en nauwkeurige controle die nodig is voor de toepassing, waardoor de efficiëntie wordt gemaximaliseerd en de downtime wordt geminimaliseerd.