Obsługa i uruchamianie falownika - część I

Czas poruszyć temat który szczególnie leży mi na sercu ale jest bardzo rozległy, postaram się w kilku postach opisać jakie najczęstsze błędy popełniamy nawet gdy uruchamiamy któryś tam z kolei falownik.

Instalacja falowników

Grzechem przewodnim w instalacji elektrycznej jest brak stosowania kabli ekranowanych pomiędzy falownikiem a silnikiem, brak filtrów przeciw zakłóceniowych, brak dławika sieciowego. Falownik jest źródłem zakłóceń i nieekranowany kabel silnikowy staje się "anteną" która znakomicie emituje całe pasmo zakłóceń elektromagnetycznych - możliwy skutek: zakłócenia w odbiorze RTV, zakłócenia sensoryki w maszynie, nanoszenie się tychże zakłóceń na pozostałe elementy sterownicze w urządzeniu etc.. Brak dławika sieciowego (w dużym skrócie) zmniejsza "żywotność" falownika i skraca jego bezawaryjną pracę. Kable sygnalizacyjne, sterownicze oraz przenoszące sygnały analogowe (napięciowe bądź prądowe) również powinny być ekranowane !
Falownik powinien byś instalowany w uziemionej obudowie metalowej zapewniającej odpowiednie ekranowanie. Dokładny opis prawidłowego montażu, znajdziecie na stronie Instalowanie i podłączanie falowników Akademii Falowników.

BHP i zagrożenia jakie mogą wystąpić podczas prac

Wszelkie prace i instalacja, obsługa napędu może być wykonywana tylko przez wykwalifikowanych elektryków, posiadających aktualne zaświadczenie kwalifikacyjne wydane przez odpowiednie organy!
Nigdy nie należy wykonywać żadnych prac przy napędzie, kablu silnika lub silniku kiedy jest załączone zasilanie sieciowe. Po wyłączeniu zasilania sieciowego należy odczekać co najmniej 5...10 (dokładny czas podany jest zazwyczaj w instrukcji falownika) minut aby kondensatory obwodu pośredniego rozładowały się, zanim rozpocznie się prace przy napędzie, kablu silnika lub silniku!
Przed rozpoczęciem prac po wyłączeniu zasilania falownika, należy upewnić się że nie ma napięcia pomiędzy poszczególnymi zaciskami wyjściowymi falownika U, V, W a "ziemią" oraz pomiędzy zaciskami + i - obwodu pośredniego a "ziemią".
Nie wykonywać żadnych testów izolacji lub prób wytrzymałości napięciowej w napędzie.
Sprawdzić ewentualną obecność zewnętrznych napięć (np. niebezpieczny poziom napięcia na zaciskach przekaźników falownika).
Zignorowanie powyższych informacji, może być powodem poważnych obrażeń, śmierci personelu, bądź prowadzić do uszkodzenia urządzeń.

Metody zadawania częstotliwości falownika przez wejścia analogowe

Temat łączenia zarówno wejść analogowych jak i cyfrowych falownika wraca co jakiś czas w rozmowach z nowymi Klientami. Postaram się w tym poście pokazać jak należy łączyć wejścia analogowe z różnego rodzaju urządzeniami które mogą być zadajnikami częstotliwości wyjściowej falownika.
Obecnie produkowane falowniki mają przynajmniej jedno uniwersalne wejście analogowe obsługujące dwa podstawowe standardy poziomów analogówych używanych w automatyce przemysłowej. Pierwszy z nich to standard napięciowy poziomu 0...10V, standard ten pozwala na zadawanie częstotliwości np. przez potencjometr. Drugi to standard prądowy z poziomem 0...20mA (rzadko obecnie używany) lub 4...20mA inaczej nazywany pętlą prądową. Pętla 4...20mA ma tę przewagę nad 0...20mA że urządzenie (w tym przypadku falownik) może wykrywać przerwę w obwodzie np. przetwornika ciśnienia lub jego uszkodzenie. Prosto mówiąc falownik "wie" że minimum na wejściu prądowym to 4mA, jeśli pętla zostanie przerwana - prąd zmaleje do zera i falownik powinien odpowiednio zareagować. Niesłychanie pomocne może to być w przypadku zastosowania regulatora PID gdzie może zaistnieć sytuacja uszkodzenia przetwornika czy przerwanie jego obwodu i falownik mógłby wówczas pracować cały czas z częstotliwością maksymalną !

Na rysunku przedstawiam podstawowe możliwości zastosowania wejść analogowych.

1 - Regulacja potencjometrem zewnętrznym (wejście napięciowe)
2 - Regulacja z zadajnika lub sterownika PLC (wejście napięciowe)
3 - Regulacja z zadajnika, czujnika, etc.. (wejście prądowe aktywne)
4 - Regulacja z zadajnika, czujnika, etc.. (wejście prądowe pasywne).

1 - Najprostsza regulacja to zastosowanie potencjometru obrotowego o odpowiedniej wartości (sprawdzić w instrukcji falownika jaka wartość!). Po podłączeniu skrajnych zacisków potencjometru do zasilania napięcia referencyjnego +10V a z drugiej strony do "masy" falownika (oznaczenia mogą być różne: COM, CM, GND...) suwak potencjomtera łączymy z wejściem analogowym napięciowym. Jeśli falownik został zaprogramowany na zakres częstotliwości 0...50Hz to odpowiednio poziom napięcia na wejściu analogowym IA, będzie przekładany na częstotliwość wyjściową 0V=0Hz, 10V=50Hz.

2 - Bardzo podobnie podłączamy do wejścia IA - napięciowego podłączamy zewnętrzne urządzenie w postaci np. przetwornik ciśnienia, wyjście napięciowe (AO) sterownika PLC, zadajnik napięciowy, etc.. Istotne jest przy tym połączenie napięcia odniesienia (zazwyczaj minus zasilacza) do "masy" falownika.

3 - Urządzenia z wyjściem prądowym aktywnym łączymy identycznie jak napięciowe do wejścia analogowego, prądowego falownika.

4 - Bardzo często spotykamy urządzenia z wyjściem analogowym prądowym które wymagają zewnętrznego zasilania, są to urządzenie posiadające wyjście pasywne. W takim przypadku albo wykorzystujemy zewnętrzny zasilacz lub możemy wykorzystać napięcie falownika (np. falownik iG5A - zacisk 24) pamiętać należy o tym że napięcie z falownika ma zazwyczaj niezbyt dużą wydajność prądową.

Konfiguracja wejścia napięciowe - prądowe

W zależności od: typu, producenta, budowy falownika - możemy spotkać się z różnymi metodami konfiguracji wejść analogowych.

Na rysunku przedstawione są dwa rozwiązania z którymi można się często spotkać. Pierwszy z nich do wbudowany w falowniku przełącznik, U - oznacza konfigurację napięciową, I - konfigurację pętli prądowej. Inną metodą konfiguracji wejść analogowych, są zworki w postaci złączek lub wyjmowanych małych wtyczek które przekładamy do odpowiednich pinów gniazd.
Oczywiście możemy też spotkać falowniki w których konfigurację wejść określamy programowo w takim przypadku należy tylko w dokonać zmian w odpowiednim parametrze falownika.
Wszystkie wejścia analogowe należy łączyć z urządzeniami przewodami ekranowanymi !
Pozdrawiam, Przemek.

Falowniki - sterowanie wektorowe lekarstwo na wszystko ?

Zalet stosowania falowników do sterowania silnikami nie trzeba chyba przedstawiać, wiele osób przekonało się do takich rozwiązań napędowych co pozwala zaoszczędzić nie tylko pieniądze ale również oszczędności pośrednie wynikające między innymi z mniejszego zużycia mechaniki, przekładni czy rzadszą wymianę łożysk a co za tym idzie zmniejszenie przestojów maszyn.
Prawidłowy dobór falowników do aplikacji napędowych stanowi o wydatkach przeznaczonych na inwestycję, niestety wiele osób omamionych przez niezbyt rozgarniętych doradców, dokonuje złego wyboru i mimo zwiększonych wydatków nie osiąga docelowych założeń technicznych i ekonomicznych. Nie będę się tu rozpisywał za bardzo na temat szeroko rozumianej metodyki doboru, bo tym zajmujemy się podczas szkoleń w Akademii Falowników ale pozwolę sobie skreślić kilka słów o nieuzasadnionym zastosowaniu falowników wektorowych do wrzecion szybkoobrotowych.
Właściwy dobór falownika uzależniony jest od zastosowanego silnika, obciążenia oraz zakresu parametrów jego pracy. Silnik wrzeciona szybkoobrotowego pracującego z częstotliwościami 400Hz...1kHz, zasilany z falownika z uruchomionym sterowaniem wektorowym jest obarczony błędnym doborem a parametry napędowe bardzo często ulegają znacznemu pogorszeniu! Sterowanie wektorowe polega na szybkim przeliczaniu olbrzymiej liczby parametrów, model matematyczny wirującego pola, jak i prądy uzwojeń są przedstawiane w obliczeniach jako wektory wirujące w przestrzeni trójwymiarowej, wyniki analizy wektorowej nie mogą być bezpośrednio przełożone do parametrów fizycznych napędu, takich jak prędkość i moment.
Mimo zastosowania w falownikach coraz szybszych procesorów i specjalizowanych procesorów matematycznych, przy dużych prędkościach silnika system nie nadąża w wyliczaniu kolejnych orientacji pola mimo zastosowania transformacji matematycznych Clarke’a i Parka - co nieznacznie upraszcza analizowanie i wyliczanie układu wektorowego. W takim przypadku niekontrolowane w pełni sterowanie wektorowe może mieć zły wpływ na przebieg generowanego napięcia zasilającego silnik co przekłada się na nierówną jego pracę czy nadmierne nagrzewanie się silnika. Bardzo często również szczególnie przy wolniejszych procesorach, nie możemy przeprowadzić prawidłowego biegu identyfikacyjnego z uruchomionym silnikiem - autotuning aktywny.
W zastosowaniu praktycznym okazuje się (analizując w dużym uproszczeniu) że falownik wektorowy sprawdza się w przypadku zmniejszania obrotów silnika lub sterowanie momentem np. przy nawijaniu a do sterowania silnikami szybkoobrotowymi lepiej dobierać falowniki ze sterowaniem skalarnym u/f. Silniki indukcyjne powszechnego użytku mają charakterystykę amplitudowo-częstotliwościową - stały stosunek częstotliwości do napięcia, realizując sterowanie szybkoobrotowym silnikiem należy pamiętać o ustawieniu poprawnej wartości częstotliwości kluczowania tranzystorów mocy falownika. Ustawienie to ma olbrzymi wpływ na zmniejszenie strat w stojanie silnika elektrycznego i zwiększenie efektywności napędu. A dla nas to wszak najważniejsze !

Oszczędność energii przy zastosowaniu falowników

Wszyscy od jakiegoś czasu zmienili podejście do wydatków związanych z energią elektryczną. Zastosowanie falowników szczególnie przy sterowaniu silnikami które pracują w sposób długotrwały np. pompy czy wentylatory bytowe, pozwala na znaczne oszczędności energii elektrycznej przy zmianie prędkości obrotowej silników elektrycznych.
Pomocnym narzędziem dla osób niewtajemniczonych na pewno będzie Kalkulator oszczędności energii z falownikiem, narzędzie to jest udostępnione on-line na stronie Akademii Falowników oraz www.falowniki.com (dział narzędzia on-line). Kalkulator po wypełnieniu formularza, w prosty sposób oblicza oszczędności energii oraz czas w jakim zwróci się inwestycja w instalację z falownikiem. Oczywiście do wyników należy podchodzić z pewną rezerwą ze względu na specyfikę obiektów zasilanych oraz rodzaj pracy z usypianiem pompy czy zwiększeniem zapotrzebowania na medium które podajemy... Generalnie dosyć wysoka "sprawdzalność" metodyki obliczeń podparta fizycznie zrealizowanymi aplikacjami pozwala na duże prawdopodobieństwo wyników a co za tym idzie można to narzędzie spokojnie polecić do wstępnej kalkulacji kosztów inwestycji.
pozdrawiam serdecznie... Przemek ;)

Optymalizacja falowników w układach napędowych

W dzisiejszych czasach niesłychanie ważną sprawą jest oszczędność energii elektrycznej. W wielu aplikacjach, gdzie falowniki obsługują różne cykle obciążenia można oszczędzać energię, np. podczas pracy z małymi obciążeniami redukując natężenie pola magnetycznego w silniku. Umiejętne posługiwanie się parametrami falownika pomaga zaoszczędzić do 50% energii elektrycznej. Jest to niebagatelna wartość przeliczana na konkretne pieniądze.
Oczywiście uzależnione to jest od wielu uwarunkowań takich jak: rodzaj aplikacji i zastosowanych urządzeń, typ i producent falownika (możliwości programowe), rodzaj zastosowanego scenariusza sterowania. I tak na przykład w prostych falownikach firmy LSiS (popularne LG) mamy ograniczone możliwości optymalizacyjne co nie przeszkadza przy umiejętnych nastawach osiągnąć dość dobre wyniki oszczędzania szczególnie tam gdzie obciążenie rośnie w kwadracie w stosunku do prędkości np. wentylatory i pompy wirujące, specjalnie ukształtowane charakterystyki U/f też mogą przyczynić się do wzrostu oszczędności energii.
W bardziej zaawansowanych falownikach mamy do dyspozycji specjalizowane optymalizatory energii np. AEO - Automatic Energy Optimalization lub specjalizowane makra gdzie możemy wprowadzić stawkę taryfową za kWh i obserwować "na żywo" ile energii i na jaką kwotę zaoszczędziliśmy w jednostkach kalendarzowych (cykl miesięczny czy roczny).
Taką wbudowaną opcję mają falowniki ABB serii ACS, sama (podstawowa) optymalizacja jest dość prosta w programowaniu a wymierne oszczędności możemy obserwować na panelu wyświetlacza. Pełna optymalizacja falowników wymaga wiedzy i doświadczenia ale precyzyjne nastawy potrafią znacznie zmniejszyć zużycie energii elektrycznej. Wiele osób niestety kieruje się myślą iż samo podłączenie falownika do silników pozwoli na oszczędności i w kilku mniej wymagających aplikacjach faktycznie tak jest, ale zużycie energii zmniejsza się tylko o około 5...10% resztę musimy dopasować samodzielnie tak aby efektywnie wykorzystać zastosowane falowniki.
Już wkrótce rozpocznie się cykl szkoleń z zakresu podstawowego (w późniejszym czasie zaawansowane) z zakresu doboru i programowania falowników. Chętnych zapraszam na stronę Akademii Falowników gdzie można zapisać swój adres e-mail na który zostanie przesłana oferta szkoleń.
Szkolenia są praktycznie bezpłatne wnoszona jest niewielka opłata którą można "odzyskać" kupując w przyszłości falowniki...

Falowniki z Allegro - odsłona druga

Na naszym blogu pisaliśmy już kiedyś o skutkach kupowania falowników na portalu aukcyjnym Allegro i o jakości tychże napędów. Niniejszy post tyczy się również zakupu falownika na tym portalu i problemach jakie z tym nastąpiły. Człowiek który się zgłosił przez e-mail bezpośrednio do mnie, poinformował o zakupie nowego falownika (są "dystrybutorzy" desperaci którzy w ten sposób usiłują sprzedawać falowniki !) i nie może według swoich potrzeb go uruchomić.
Zwrócił się więc do owego sprzedawcy ze swoim problemem a ten odmówił mu pomocy twierdząc że "on sie na tym nie zna i tylko sprzedaj falowniki". Problem polega na połączeniu falownika z regulatorem i czujnikiem ciśnienia pracującym w sieci Modbus.
Oczywiście nie każdy sprzedawca musi mieć wiedzę na temat sieci przemysłowych a tym bardziej na temat programowania, vide: hurtownie które mają jeden cel (jaki niektóre firmy handlowe) maksymalnie "zbić" cenę, sprzedać i... zapomnieć o samej sprzedaży jak i o Kliencie. Rola dystrybutora jest jednak inna ! Jeżeli sam nie potrafi pomóc Klientowi, powinien w taki sposób skojarzyć Klienta i np. dział wsparcia technicznego producenta lub importera żeby Klient końcowy był zadowolony. A ten konkretny sprzedawca w tym momencie całkowicie pozostawił swojego Klienta samemu sobie...
Po przedstawieniu dokumentacji regulatora i czujnika temperatury, udało się całkowicie zaprogramować zarówno regulator jak i falownik i przesłać klientowi listę nastaw obydwu urządzeń. Oczywiście nie obyło się bez konsultacji telefonicznych tak aby dokładnie wyregulować całość systemu napędowego. System pracuje a my pozyskaliśmy następnego Klienta który otrzymuje ode mnie pełne wsparcie techniczne przez cały żywot zakupionych urządzeń.
Piszę o tym bo przedstawiony przypadek nie jest odosobniony i w taki czy inny sposób pomagamy Klientom. Oczywiście nie w każdym przypadku mogę zrobić to bezpłatnie.. telefony, paliwo wszakże kosztuje. Dziwi mnie i zastanawia tylko metoda postępowania "handlarzom" z allegro którzy prawie hurtowo sprzedają za wszelką cenę urządzenia o których mają powierzchowne pojęcie a nie zatrudniają fachowców którzy zapewniali by wsparcie techniczne chociażby na poziomie podstawowym i średnim.
Ja jak zwykle Was pozdrawiam i zapraszam do sklepu z falownikami w którym kupicie falownik z bezpłatnym programowaniem !


Aktualizacja Kolejny kwiatek z Allegro, ten sprzedawca ustala nowe prawo Ohma !

Falowniki zza biurka

Przeczytałem ostatnio artykuł-zestawienie dotyczące falowników i jako praktyk z krwi i kości jestem trochę zaskoczony. Jaki inny świat reprezentują redaktorzy i inżynierowie sprzedaży zza swoich biurek.
Dowiedziałem się z owego artykułu że "protoplastą falowników jest softstart" hmmm... zapewne tak jak rower jest protoplastą samochodu, mimo usilnych starań nadal nie wiem co autor miał na myśli stosując określenie "silniki skokowe". Być może wynika to z dziwolągowatego tłumacza Google Translate lub istnieją takowe niszowe silniki i ja o tym nic nie wiem.
Nie jestem w końcu stworzony do pisania gładkich słówek, staram się jedynie łopatologicznie pisać o napędach w miarę jasno, aczkolwiek chylę czoła nad zestawieniem i próbie przedstawienia firm wzajemnie konkurujących na rynku i ich asortymentu a myślę że nie jest to łatwe. Głos zabrali przedstawiciele: Lenze, Astor, Simlogic, SEW, Yaskawa, Eldar. Zabrakło mi przedstawicieli firm których falowniki są najczęściej kupowane bo cokolwiek byśmy nie mówili o jakości i możliwościach technicznych falowników ich cena jest w 90% przypadków kryterium podstawowym. Przedstawienie "popularności" firm napędowych (przynajmniej pierwsza piątka) zupełnie nie zgadza się z danymi jakimi dysponuję na podstawie zarówno montażu jaki i rozmów z zaprzyjaźnionymi fachowcami w całej Polsce na temat stosowanych przez nich falowników poszczególnych firm. Czyżby coś się zmieniło ? Wątpię...

Zgadzam się z opisywanymi trendami rozwojowymi w technice napędowej: oszczędność energii, implementacja sterowników PLC, zwiększone możliwości sieciowe - takie obserwacje i sygnały zwrotne z rynku mam i ja. W moich kręgach (przemysłowych) falowniki używane są głównie w napędach maszyn, transportu technologicznego, ważeniu, podawaniu itp. w mniejszym lecz równie ważnym stopniu do napędu pomp czy wentylatorów przemysłowych. Aplikacje HVAC które są opisywane w artykule są realizowane przez firmy które specjalizują się w nich i dużej wiedzy na ten temat nie mam, ale nie chce mi się wierzyć że najwięcej falowników poszczególne firmy sprzedają do tych aplikacji. W końcu ilość dużych inwestycji w Polsce jest ograniczona... no ale kto wie ?
Tak czy siak falowniki zza biurka wyglądają nieco inaczej niż w naszych rękach podczas montażu w przeróżnych warunkach a może jest jednak odwrotnie ?
Zapraszam do Akademii Falowników na porcje informacji technicznych, rozwijajmy ją wspólnie!

Akademia Falowników - START

Z przyjemnością donoszę o wystartowaniu internetowej Akademii Falowników w której będę również "maczał" paluszki.

Założenia projektu akademii to przede wszystkim dostarczenie odpowiedniej ilości informacji teoretycznych z zakresu systemów napędowych, począwszy od sterowania klasycznego z wykorzystaniem styczników, softstartów oraz falowników.
Biorąc pod uwagę że falowniki są coraz częściej wykorzystywane nawet w bardzo prostych układach napędowych a mało jest informacji praktycznych na ten temat, mam nadzieję że stronkę odwiedzać będzie dużo chętnych i garnących się do wiedzy napędowców.
Strona jest w obecnej chwili na etapie wprowadzania danych i rozszerzania poszczególnych modułów, ale już można z niej korzystać.

Podział strony zawiera:
nauka - informacje teoretyczne i praktyczne
słownik - słownik terminów z zakresu automatyki, elektrotechniki i napędów
EMC - informacje dotyczące prawidłowej instalacji z zachowaniem norm i przepisów Kompatybilności elektromagnetycznej
instalacja falowników - praktyczne porady i informacje jak montować i instalować falowniki
aplikacje - gotowe (lub prawie gotowe) aplikacje do wykorzystania, zawierające schemat podłączenia oraz opis i algorytm oprogramowania falownika.
FAQ - pytania i odpowiedzi od najprostszych do bardziej zaawansowanych.

Opiekę nad stroną sprawują partnerzy serwisu Akademii Falowników: Wortal falowniki.com oraz firma Aniro, dystrybutor falowników LS (LG).
Zapraszam do korzystania z bazy wiedzy jaka tam już została zamieszczona i oczekujemy propozycji jakie informacje byłyby niezbędne a może zostały pominięte. Prosty formularz zapisze nas do Akademii a warto zauważyć że zarejestrowani Użytkownicy Akademii Falowników mogą liczyć na dodatkowe rabaty w sklepie z falownikami.
Pozdrawiam