Częste błędy popełniane przy montażu falowników

Mimo poprawnego projektu elektrycznego możemy nie ustrzec się przed popełnieniem błędów przy montażu falownika. Najczęściej popełnianym błędem montażowym jest nie przestrzeganie stosownych przepisów dotyczących kompatybilności elektromagnetycznej. Wielokrotnie spotykałem się z falownikami zamontowanymi (nawet wiszącymi na gwoździach!) bezpośrednio na ścianie. Skutki takiego "montażu" są przewidywalne: od emisji zakłóceń do szybkiego uszkodzenia ze względu na zapylenie dostające się przez wentylator chłodzący do wnętrza falownika. Należy wspomnieć przy okazji że taki "montaż" stwarza zagrożenie dla obsługi i może również być przyczyną pożaru !

Na dołączonym zdjęciu widzimy falownik przykręcony do wspornika silnika wentylatora znajdującego się we wnętrzu centrali wentylacyjnej. Pomijając względy elektryczne, jest to błędne założenie konstrukcyjne. Układ mechaniczny wentylatora generuje drgania które są przenoszone na płytki elektroniki falownika. Po pewnym czasie tak zainstalowany falownik musi ulec uszkodzeniu. Oprócz drgań na falownik działają niekorzystne temperatury zbyt niskie jak i zbyt wysokie, takie środowisko pracy zemści się przyspieszonym "starzeniem" elementów elektronicznych i oczywiście ma ogromny wpływ na kondensatory elektrolityczne znajdujące się w falowniku.

Przemyślana instalacja mechaniczna i elektryczna falownika, pozwala na zwiększenie czasu niezawodnej pracy układu napędowego i zmniejszenie kosztów obsługi urządzeń. Mimo że ceny falowników uległy w ostatnim czasie znacznej obniżce to stanowią one jednak niebagatelny wydatek podczas procesu inwestycyjnego. Dbajmy o nasze urządzenia, naprawdę warto !

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.

Jak zabezpieczać falowniki w "mokrych" aplikacjach ?

Ponieważ często dyskutuję na temat instalacji systemów napędowych z falownikami w różnego rodzaju niezbyt przyjaznych aplikacjach, postanowiłem opisać przypadek zastosowania ich w środowisku bardzo wilgotnym i mokrym. Oczywistym zdaje się tu fakt zastosowania zabezpieczeń różnicowoprądowych i często są one zaprojektowane aczkolwiek samo ich zastosowanie w układach z falownikami jest wielce problematyczne. Na początku musimy wziąć pod uwagę fakt iż stosując falownik tak naprawdę nie mamy do czynienia z "normalnym" zasilaniem, mało kto zastanawia się przy doborze podstawowych zabezpieczeń z jak bardzo odkształconym przebiegiem prądu mamy do czynienia i jak korygować ich dobór. Odkształcenia te mogą wpływać na niezadziałanie lub wprost przeciwnie - przypadkowe zadziałanie zabezpieczeń.

Jak zatem zabezpieczać instalację "falownikową" w mokrym środowisku ?

Tu obowiązują ścisłe reguły ogólnie nam znane, aczkolwiek nacisk szczególny musimy położyć na połączenia ochronne, wyrównawcze i solidne połączenia szafa napędowa-silnik. Zapoznać się należy również z instalacją np. rurociągów, pomp i innych urządzeń oraz z systemem ekwipotencjalizacji całego obiektu.
Nie zawsze sprawą oczywistą (wiem z doświadczenia, o zgrozo!) jest ochrona przed dotykiem bezpośrednim czyli tzw. ochrona podstawowa. Spotykałem się wielokrotnie z urządzeniami w żaden sposób niezabezpieczonymi, z szafami napędowymi przerdzewiałymi lub falownikami dosłownie wiszącymi na ścianach ! Wielokrotnie zwracałem uwagę na umieszczanie falowników w metalowych i szczelnych szafach, przypominam wszak raz jeszcze. Sukces osiągniemy stosując się do przepisów dotyczących kompatybilności elektromagnetycznej i zdrowego rozsądku.

Ochrona przy dotyku pośrednim

Ochrona ta powinna przy jakimkolwiek zwarciu z częścią przewodzącą, zapewnić przerwę w zasilaniu zabezpieczanego układu. Ochronę tę można spełnić stosując aparaty realizujące samoczynne wyłączenie zasilania (zabezpieczenie zwarciowe) lub aparaty różnicowoprądowe. Z tymi drugimi jest trochę gorzej aczkolwiek pomijając ich cenę i dostępność, producenci nie dają nam zbyt wielkiego wyboru. Mimo braku przepisów obligujących nas do stosowania wyłączników różnicowoprądowych, kilkakrotnie zastosowałem je w szczególnie niebezpiecznych aplikacjach mimo że nie do końca pozbyłem się przypadkowego ich zadziałania. Do naszych aplikacji stosować należy aparaty z charakterystyką U lub U+. Stosowanie aparatów z inną charakterystyką i podwyższoną wartością prądu zadziałania całkowicie mija się z celem i generować będzie szereg niczym nieuzasadnionych pobudzeń i wyłączeń.
Dobierając zabezpieczenia z członem zwarciowym pamiętać musimy że doziemienie lub zwarcie może nastąpić w dowolnej części falownika: układzie prostownika, członie pośrednim DC, tranzystorach wyjściowych lub w instalacji silnikowej. Dobrze dobrane zabezpieczenie musi być skuteczne niezależnie od miejsca wystąpienia zwarcia lub doziemienia. Pamiętajmy również o prawidłowych nastawach falownika związanych z zabezpieczaniem prądowym silnika.

Połączenia wyrównawcze

Najistotniejszą sprawą jest ciągłość przewodów ochronnych i ich wzajemne połączenia. Wszystkie silniki np. pomp, muszą posiadać dodatkowe przewody ochronne połączone z systemem wyrównawczym a instalacje rurociągów powinny być uziemione. Przy wszelkiego rodzaju połączeniach rozłączanych, przegubowych bądź izolowanych muszą być zastosowane ochronne przewody połączeniowe o odpowiednim przekroju, tak aby każde urządzenie posiadało pewne połączenie z systemem uziemiającym.

Chcesz wiedzieć więcej ? Zapraszamy na szkolenia do Akademii Falowników !

Uruchamianie napędów o dużej bezwładności

W przypadku kiedy praca falownika wymaga zakresu momentu obrotowego powyżej znamionowego momentu obrotowego silnika, przy szerokim zakresie prędkości i bez żadnego mierzalnego sygnału sprzężenia zwrotnego od prędkości np. enkoder, należy zastosować dobry falownik ze sterowaniem wektorowym bezczujnikowym lub sterowanie DTC. W przedstawionym przypadku napęd młyna walcowego, kulowego nie dość że ma pracować w szerokim zakresie prędkościowym to musimy go odpowiednio wypozycjonować do zasypu i zalania wodą technologiczną. Młyny rozdrabniające pracują zazwyczaj przez długi okres czasu (od kilku do kilkudziesięciu godzin w pojedynczym trybie technologicznym). Problemy zazwyczaj następują w momencie uruchamiania młyna czy kruszarki oraz jego pozycjonowania, jeżeli ruch obrotowy przenoszony jest za pomocą pasków to napotkamy na kilka przeszkód: prężenie pasków i ruch zwrotny, poślizg oraz bezwładność płynnej masy znajdującej się w środku (dążenie do poziomu). Olbrzymią rolą jest zachowanie odpowiedniego montażu mechanicznego urządzenia, umieszczenie mocowania w osi i sprawność łożysk, panewek etc... Wspomaga to uruchomienie urządzenia, unika wpadania w rezonans zmniejszając w ten sposób zapotrzebowanie na moment rozruchowy. Omawiany młyn/kruszarka zasypywany jest kilkunastoma tonami komponentów do wytwarzania farb a następnie zalewany w 2 cyklach wodą. Aby dokonać zasypu, należy młyn ustawić w pozycji wejściowej i pozostawić go w taki sposób do zakończenia załadunku. Proces hamowania i pozycjonowania na żądanie przeprowadzany jest poprzez zmniejszenie obrotów silnika z częstotliwością około 10 Hz, w chwili minięcia pierwszego czujnika pozycji i zatrzymanie silnika przy wspomaganiu prądem stałym (DC Hold) przy czujniku drugim. Następnie młyn zostaje zablokowany mechanicznie. Po załadowaniu i zabezpieczeniu zasypu, młyn jest gotowy do pracy a jego uruchomienie następuje z wydłużoną rampą czasową do obrotów określonych technologicznie. Zbyt krótki czas rozruchu może powodować "ślizganie" się pasków na kołach pasowych a zbyt długi powodować generowanie błędu rozruchowego falownika. W aplikacji którą uruchamiałem zastosowałem falownik ACS800 firmy ABB o mocy 132 kW. Zasoby programowe tego falownika są na tyle bogate że możemy poradzić sobie z każdą "niespodzianką" jaka czekać nas może podczas uruchamiania obiektowego.
Pozdrawiam, Przemek.

Zamiana sygnału prądowego 4...20mA na sygnał napięciowy

Czasami spotykam się (w starszych modelach falowników) z "konfliktem" połączenia różnego rodzaju przetworników np. ciśnienia, z wyjściem analogowym 0(4)...20mA i wejściem analogowym w falowniku w standardzie napięciowym (0...10V).
Prostym i dość niezawodnym rozwiązaniem tego problemu jest zastosowanie rezystora 510 Ohm co pozwoli nam przetworzyć sygnał prądowy na napięciowy.
Uzyskamy to mierząc spadek napięcia na rezystorze 510Ω, będącym obciążeniem przetwornika. Spadek napięcia jest proporcjonalny do wielkości przepływającego prądu w przybliżonej zależności: 1mA = ~ 0.5V. W obliczeniach bardziej precyzyjnych należy uwzględnić rezystancję wewnętrzną wejścia analogowego falownika. Charakterystyczne punkty przetwarzania to:
1mA ~ 0,5V
4mA ~ 1,9V
10mA ~ 4,9V
20mA ~ 9,8V
W falownikach z programowalnym zakresem napięciowym można wybrać poziom 2...10V i w ten sposób uzyskać kontrolę utracenia minimalnego poziomu sygnału 2V, co pomoże nam w wykrywaniu uszkodzenia przetwornika lub utraceniu połączenia z nim, np. przy uszkodzeniu kabla zasilającego przetwornik. Musimy pamiętać przy tym że przełożenie prąd/napięcie w takim układzie jest przybliżone i zależne od rezystancji wewnętrznej wejścia analogowego w falowniku oraz jego rozdzielczości.
Pozdrawiam serdecznie, Przemek.