Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 11/2016 vyšlo tiskem
7. 11. 2016. V elektronické verzi na webu od 1. 12. 2016. 

Téma: Rozváděče a rozváděčová technika; Točivé stroje a výkonová elektronika

Hlavní článek
Lithiové trakční akumulátory pro elektromobilitu

Aktuality

Svítící fasáda FEL ČVUT nabídne veřejnosti interaktivní program s názvem Creative Colours of FEL Dne 13. prosince v 16.30 hodin se v pražských Dejvicích veřejnosti představí interaktivní…

Fakulta elektrotechnická je na špici excelentního výzkumu na ČVUT Expertní panely Rady vlády pro výzkum, vývoj, inovace (RVVI) vybraly ve II. pilíři…

Švýcaři v referendu odmítli uzavřít jaderné elektrárny dříve V referendu hlasovalo 45 procent obyvatel, z toho 54,2 procent voličů řeklo návrhu na…

Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. 11. 2016 den otevřených dveří Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. listopadu od 8.30 hodin Den otevřených…

Calliope mini – multifunkční deska Calliope mini poskytuje kreativní možnosti pro každého. A nezáleží na tom, zda jde o…

Ocenění v soutěži České hlavičky získal za elektromagnetický urychlovač student FEL ČVUT Student programu Elektronika a komunikace Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze Vojtěch…

Více aktualit

Měniče frekvence PowerFlex typových řad 70 a 700 firmy Allen-Bradley

číslo 7/2004

inovace, technologie, projekty

Měniče frekvence PowerFlex typových řad 70 a 700 firmy Allen-Bradley

Václav Kožíšek,
ControlTech s. r. o.

Měniče PowerFlex 70

Měniče frekvence PowerFlex 70 (obr. 1) se vyrábějí ve výkonové řadě od 0,37 do 22 kW, a pro vstupní napětí 200 až 240 V, 380 až 480 V, 500 až 600 V.

Měniče jsou navrženy tak, aby uspokojily požadavky na jejich vnější rozměry i požadavky na jejich jednoduchost a spolehlivost v širokém spektru aplikací. Jsou nabízeny ve čtyřech konstrukčních provedeních, s krytím IP20 nebo IP66. Typy s vyšším stupněm krytí jsou vhodné pro použití v náročných průmyslových prostředích: měnič je odolný proti špíně, prachu, nečistotám ve vzduchu, oleji, ale zvláště proti tlaku vody a proti působení korozivního prostředí.

Obr. 1

Mezi standardní funkce a vlastnosti měničů PowerFlex 70 patří: funkce Sensorless Vector (díky ní měnič dosahuje vysoké přesnosti nastavení otáček bez nutnosti fyzické zpětné vazby), skalární řízení – U/f pro jednoduché aplikace bez nároků na krouticí moment, tranzistory IGBT na výstupu (díky nim je dosaženo vyšší účinnosti měniče), menší hlučnost a mechanická rezonance, nastavitelná výstupní frekvence, volba tří „zakázaných„ pásem kmitočtu, tzv. auto-ekonomizér, funkce letmého startu, paměť chyb se záznamem časů, nastavitelný restart měniče po chybě, brzdění stejnosměrným proudem atd.

Dalšími funkcemi a vlastnostmi měničů PowerFlex 70, spojujícími flexibilitu i jednoduchost, jsou např. digitální nebo analogové monitorování provozních stavů měniče, motoru a chybových hlášení, vynikající momentové vlastnosti a stabilita chodu motoru v celém rozsahu otáček, nastavitelná frekvence modulace PWM (2 až 10 kHz), AutoTune (optimalizace pohonu podle motoru a zátěže), změna rychlosti motoru podle tzv. S-křivky, používané převážně pro řízení otáček čerpadel.

Pro připojení vnějších signálů disponuje měnič jednotkou programovatelných digitálních nebo analogových vstupů a výstupů, usnadňující přímé připojení podle požadavků uživatele. V měniči je rovněž zabudován regulátor PI, síťový odrušovací filtr a vlastní dynamické brzdění, které omezuje potřebu vnějších brzdicích odporů a snižuje náklady na montáž.

Měniče PowerFlex 70 mohou být programovány místně z ovládacího modulu (LCD/LED HIM) nebo přes sériové komunikační rozhraní a za použití PC. Také spřažené (on-line) editování a monitorování parametrů pohonů Allen Bradley s využitím programů DriveExplorerTM a DriveTools SPTM je u popisovaných měničů standardní záležitostí.

Měniče mohou komunikovat i po těchto sítích: Ethernet, DeviceNet, ControlNet, Universal Remote I/O, RS-232/485, Profibus, Interbus-S, Modbus a Modbus+. Nabízené moduly jsou jednotné pro všechny měniče řad PowerFlex 70 a 700 a jsou vždy zabudovány přímo do měniče.

Ovládací panel s vícejazyčnou podporou je nabízen v několika verzích. V menu modulu si může uživatel vybrat ze sedmi světových jazyků. Nová je zde možnost využít funkci CopyCat, kdy do ovládacího panelu lze zkopírovat sadu všech parametrů a dále je přenášet do dalších měničů frekvence.

Zmiňované měniče jsou vybaveny dvěma typy ovládacích panelů. Jeden z nich je panel LCD HIM. Ten zobrazuje stavové hlášení měniče na sedmi řádcích, v jedenadvaceti charakteristických a logicky uspořádaných oknech. Dále je to modul LED HIM, který je opatřen jednořádkovým, šestiznakovým displejem LED.

Během letošního roku bude uvedená řada měničů frekvence doplněna několika podstatnými novinkami. Pro aplikace vyžadující splnění bezpečnostní kategorie 3 podle ČSN EN 954-1 bude možné využít měniče s interním relé, umožňujícím bezpečné odpojení motoru od napájení. Mezi inovace lze zařadit i možnost připojení PTC od motoru, možnost připojení snímače otáček a momentové řízení. Takto doplněné měniče budou k dispozici do výkonu 37 kW.

Měniče řady PowerFlex 70 disponují zabudovanou elektronickou nadproudovou ochranou motoru, která neustále sleduje jejich stav, zajišťuje jejich plynulý chod a chrání motor před poškozením.

Obr. 2

Měniče PowerFlex 700

Měnič frekvence PowerFlex 700 (obr. 2) vyniká jednoduchou obsluhou a ovládáním. K jeho výhodám patří kompatibilita a shodnost ovládání a řízení s měniči řady PowerFlex 70. Je nabízen v šesti verzích s výkony od 0,37 do 132 kW, pro napětí 200 až 240 V AC, 380 až 480 V AC, 500 až 600 V AC, 690 V AC, 540 V DC a 650 V DC.

Pro optimalizaci chodu, přesné a rychlé změny otáček a momentu motoru využívá patentovanou funkci Force Technology (PowerFlex 700/Vector Control – tyto měniče jsou schopny řídit přímo moment motoru, na jeho hřídeli může být vyvinut maximální moment v libovolných otáčkách, včetně nulových), funkci Sensorless Vector (díky ní měnič dosahuje vysoké přesnosti nastavení otáček bez nutnosti fyzické zpětné vazby) a skalární řízení – U/f, které je vhodné pro jednoduché aplikace, nenáročné na krouticí moment.

Měnič má rovněž k dispozici vlastní regulátor PI a vlastní dynamické brzdění. To omezuje požadavky na vnější brzdicí odpory. Dále disponuje standardně zabudovaným síťovým odrušovacím filtrem v měniči, funkcí detekce výpadku sítě, indikace ztráty zátěže, možností DC BUS version, která umožňuje zapojení měniče na jeho stejnosměrný obvod, standardně odrušovacím FERIT (Common Mode Core) na výstupu měniče, nastavitelnou regulací otáček včetně kompenzace skluzu, letmým startem, změnou rychlosti motoru podle tzv. S-křivky, nastavitelným opětovným spuštěním (restartem) měniče po chybě, brzděním stejnosměrným proudem atd.

Jeho předností je i vyloučení větrací mezery při montáži více měničů. Proto lze měniče do rozváděče montovat těsně vedle sebe a tak minimalizovat instalační plochu, rozměry rozváděče a náklady na něj vynakládané.

Ovládací panel LCD HIM je shodný s panelem měničů PowerFlex 70. Vstupní a výstupní jednotka Vector Control I/O nabízí ke standardní I/O jednotce (obsahující šest logických vstupů, dva reléové výstupy, dva analogové vstupy, jeden analogový výstup) navíc jeden reléový a jeden analogový výstup, velmi rychlé analogové vstupy a kartu pro připojení enkodéru. Lze volit mezi logikou 115 V AC a 24 V DC.

Měniče řady PowerFlex 700 nabízejí flexibilní ovládací a řídicí jednotku, usnadňující uživateli konfiguraci a umožňující jejich využití pro široké spektrum aplikací. Poskytují zlepšení komunikace, neboť uživatel může využít možnosti pro obsluhu měniče, a to díky softwarové a komunikační podpoře nabízené moduly pro Ethernet, DeviceNet, ControlNet, Universal Remote I/O, RS-232/485 a Profibus, Interbus-S, Modbus, Modbus+. Rovněž spřažené (on-line) editování a monitorování parametrů pohonů Allen Bradley s využitím funkčních programů DriveExplorerTM a DriveTools SPTM je i u měničů PowerFlex 700 standardní záležitostí.

Měniče mají několik ochran, např. tzv. inteligentní elektronickou monitorovací činnost měniče, aktivní tepelný manažer (umožňuje měniči reagovat na chybu přetížení a tím zabránit jeho přehřátí a poškození), ochranu přepětí, podpětí atd.

Obr. 3

Měniče PowerFlex 700 jsou zvláště vhodné pro řízení ventilátorů, čerpadel, ale i v oblasti přepravy materiálů, pásových dopravníků, zakladačů, odstředivek nebo výrobních linek. Neméně významné jsou jejich speciální aplikace s proměnlivou zátěží, velmi malými otáčkami, velkou setrvačností nebo s požadavky na brzdění.

Měniče PowerFlex 700H

Letos je na našem trhu představen nový měnič – PowerFlex 700H (obr. 3). Je určen pro aplikace velkých výkonů. PowerFlex 700H bude k dispozici od výkonu 132 kW do výkonu 800 kW, pro vstupní napětí od 380 V do napětí 690 V. Proudový rozsah je 261 až 1 640 A.

Základní vlastnosti měniče PowerFlex 700H:

  • přesná a rychlá změna otáček a momentu motoru,

  • zabudovaná elektronická nadproudová ochrana motoru, která neustále monitoruje stav měniče, zajišťuje jeho plynulý chod a chrání motor před poškozením,

  • funkce AutoTune (optimalizace pohonu podle motoru a zátěže) s mnoha novými parametry použitými s ohledem na maximální spolehlivost chodu motoru s minimalizací poruch a výpadků,

  • I/O – vstupní a výstupní (24 V nebo 115 V) jednotka programovatelných vstupů a výstupů, usnadňující přímé připojení podle požadavků uživatele,

  • softwarové prostředí pro řízení měniče DriveExplorerTM a DriveTools SPTM,

  • komunikační standard DPI (Drive Peripheral Interface),

  • snadné ovládání a řízení měniče nadřazeným řídicím systémem.

Obr. 4

Společné vlastnosti měniče PowerFlex 700H s měniči typu PowerFlex 700 jsou kompaktnost, modulární provedení s minimálními nároky na instalační prostor a snadná instalace.

Měniče PowerFlex 700S/700S DriveLogix

Měnič frekvence PowerFlex 700S (obr. 4) je nový výkonný měnič. Je možné ho zařadit do skupiny vektorových měničů frekvence s integrovaným řídicím systémem. I u měničů této řady je předností jejich kompatibilita a shodnost ovládání a řízení s měniči řady PowerFlex 700.

Výkon tohoto měniče je v rozpětí od 0,37 do 800 kW, pro napětí 240 V AC, 400 V AC, 480 V AC, 500 až 600 V AC a 690 V AC.

PowerFlex 700S DriveLogix (měnič frekvence s integrovaným řídicím systémem DriveLogix) využívá instrukční sadu RSLogix500, ControlLogix a komunikační služby NetLinx. Pro vytváření aplikačních programů je určen software RSLogix 5000.

Řídicí systém DriveLogix obsahuje:

  • osm separátních programových bloků (tasků) – jeden kontinuální a sedm periodických; každý z nich podporuje až 32 programů a neomezené množství podprogramů,

  • standardní uživatelskou paměť 256 kB, volitelně 768 kB,

  • společné vývojové prostředí s možností zápisu programu v několika jazycích: Ladder diagram, funkční bloky, diagram SFC a strukturovaný text,

  • zálohovou paměť bez nutnosti použít baterii,

  • lokální připojení pro moduly Flex I/O (až osm modulů),

  • komunikační rozhraní RS-232 a stejné komunikační karty jako FlexLogix.

Je možný obousměrný přenos aplikačních programů z ControlLogix, CompactLogix nebo FlexLogix.

K dokonalému řízení měničem PowerFlex 700S přispívá vektorové řízení FOC (Field Oriented Control) se snímačem otáček nebo bez něj, velmi rychlá synchronizace dat mezi měniči po optickém kabelu (drive-to-drive, 50 µs) a další procesory pro optimalizaci chodu, přesné a rychlé změny otáček a momentu motoru.

Kromě toho lze využít zpětnou vazbu pro optimalizaci regulátorů otáček a pozic. Standardně jsou k dispozici dva vstupy pro enkodér, volitelně i karty pro rezolver nebo enkodér s vysokou rozlišovací schopností.

Pro přesné řízení v mnoha aplikacích přispívá i integrovaná polohovací smyčka, která umožňuje elektronické nastavení polohy hřídele.

K základním vlastnostem provedení PowerFlex 700S dále patří:

  • polohování (podpora 24 instrukcí pro polohování) – možnost řízení servomotorů,

  • řízení otáček a momentu motoru a další vlastnosti popsané u měniče PowerFlex 700,

  • regulace otáček s přesností až 0,001 % od jmenovitých,

  • rychlá odezva analogových a digitálních I/O (0,5 µs),

  • funkce autotuning (algoritmus automatického nastavení a optimalizace parametrů) – pro náročné řízení vyžadující přesné nastavení provozních parametrů měniče vzhledem k motoru a jeho zátěži,

  • DC brzdění, DC Bus Control, potlačení přepětí, proudové omezení, přehřátí měniče, kompenzace skluzu, PI regulátor procesu,

  • DC Bus version, která umožňuje zapojení měniče na jeho stejnosměrný obvod

  • integrovaný síťový filtr,

  • vlastní dynamické brzdění,

  • vyloučení větrací mezery při montáži více měničů vedle sebe,

  • komunikační standard DPI (DeviceNet, ControlNet, Universal Remote I/O, RS-232/485, včetně Profibus, Interbus-S, Modbus, Modbus+).

Společnost Rockwell Automation patří mezi několik málo firem nabízejících také měniče frekvence na vysoké napětí. Jedná se o měniče frekvence řady PowerFlex 7000, které jsou k dispozici pro výkony od 150 kW do 6,7 MW, pro vstupní napětí 2,4 až 6,6 kV.

Měniče frekvence PowerFlex 7000 jsou vhodné do všech vysokonapěťových aplikací, kde je nutné regulovat otáčky pohonu, jeho výkon apod. Zvláště v současné době, kdy cena elektrické energie roste, jsou uvedené aplikace stále atraktivnější. Díky kompaktní konstrukci je přístroj ideální pro rekonstrukce a modernizace současných aplikací. Návratnost takovýchto investic se stále zkracuje.