Ha valaha is dolgozott ipari motorokkal, valószínűleg sok kérdést hallott a változó frekvenciájú hajtások (VFD) különböző motortípusokkal való párosításával kapcsolatban. Ügyfeleink – akik közül sokan kis gyártók, gépgyártók és karbantartó technikusok – körében rendszeresen felmerül a kérdés: „Használható-e egy 3 LE-s VFD 3 Phase egyenáramú motorral?” VFD-megoldásokra szakosodott beszállítóként éveket töltöttem azzal, hogy végigjárjam ezt a pontos kérdést, és a válasz nem egy egyszerű igen vagy nem. Ez attól függ, hogy az egyes összetevők hogyan működnek, az érintett elektromos specifikációktól és attól, hogy mit akar elérni a beállítással. Fogalmazzuk meg ezt világosan, kezdve mind a 3 lóerős VFD 3 fázis, mind az egyenáramú motor alapjaival.
Először is alapozzuk meg az egyes részek működését. A változtatható frekvenciájú hajtást, amelyet néha frekvenciaváltó VFD-nek is neveznek, úgy tervezték, hogy a váltakozó áramú (AC) motorok fordulatszámát szabályozza a motorhoz továbbított teljesítmény frekvenciájának és feszültségének beállításával. A legtöbb szabványos VFD a piacon AC indukciós motorokhoz, váltóáramú szinkronmotorokhoz vagy állandó mágneses váltóáramú motorokhoz készült – ezek az ipari berendezések, például szállítószalagok, szivattyúk és szerszámgépek igáslói. A 3 lóerős VFD 3 Phase motorunkat kifejezetten a 3 lóerős teljesítményű háromfázisú váltakozó áramú motorokhoz tervezték, így belső áramköreit úgy hangolták, hogy kezeljék az adott motorok AC teljesítményjellemzőit. A bejövő váltakozó áramot (modelltől függően egy- vagy háromfázisú) egyenárammá (DC) alakítja, majd ezt az egyenáramot változtatható frekvenciájú váltakozó árammá alakítja vissza, hogy megfeleljen a motor fordulatszámának. Ez a konverziós lánc kulcsfontosságú itt.
Az egyenáramú motor viszont egyenárammal működik, nincs szükség átalakításra. A fordulatszám szabályozása az armatúrára küldött feszültség, illetve bizonyos esetekben a mezőáram beállításával történik. Az egyenáramú motorok évtizedek óta léteznek, és még mindig olyan alkalmazásokban használatosak, ahol precíz fordulatszám-szabályozásra van szükség alacsony fordulatszámon, nagy nyomatékra indításkor, vagy egyenletes teljesítményre széles fordulatszám-tartományban – például daruk, emelők és egyes csomagológépek. A probléma az, hogy egy szabványos VFD nincs bekötve közvetlenül egyenáram kezelésére, legalábbis nem úgy, ahogy az AC kezelésére van bekötve.
Tehát valóban csatlakoztathat egy 3 LE-s VFD 3 fázist egy egyenáramú motorhoz? Térjünk át a technikai oldalra. A rövid válasz a következő: általában nem, nem szabványos, készen kapható VFD-vel. Íme, miért. A VFD belső kialakítása váltakozó áramú kimenetre készült. Felveszi a bejövő váltakozó áramot, egyenárammá alakítja, majd ezt a DC-t változtatható frekvenciájú váltakozó árammá alakítja. Egy egyenáramú motornak nincs szüksége fordított váltakozó áramra, hanem tiszta egyenáramra. Ha egy egyenáramú motort csatlakoztat egy szabványos VFD kimeneti csatlakozóihoz, akkor váltakozó áramot küld egy egyenáramra készült alkatrésznek, amely nem fog megfelelően működni. A VFD-t úgy tervezték, hogy váltakozó áramot biztosítson, amely váltakozó irányt egy beállított frekvencián; az egyenáramú motor armatúrája állandó áramáramlásra (vagy kefés egyenáramú motorok esetén szabályozott áramváltozásokra) támaszkodik a nyomaték létrehozásához. Ha váltakozó áramot küld egy egyenáramú motorra, az túlzottan rezeg, kis vagy egyáltalán nem termel használható nyomatékot, és akár a motor tekercseit vagy magát a VFD-t is károsíthatja, ha áramcsúcsok lépnének fel.
Ennek ellenére van egy szűk kivétel. Ha az Ön egyenáramú motorja valójában egy „egyenáramú motor”, amelyet újrahasznosítottak, vagy pontosabban egy soros tekercses egyenáramú motor, amelyet néha vontatási alkalmazásokban használnak – például a régi elektromos targoncamotorok esetében –, néhányan kísérleteztek VFD-k módosításával, hogy működjenek velük. De még akkor sem szabványos beállítás, és a legtöbb ipari felhasználásra nem is ajánlott. Ezek a módosítások megkövetelik a VFD kimenetének újrahuzalozását, hogy állandó egyenáramot adjon a változó frekvenciájú AC helyett, ami megváltoztatja a hajtás teljes funkcióját. Ez már nem VFD, mivel a VFD-k definíció szerint frekvenciaváltók. Ehhez a módosított beállításhoz jobb, ha egy erre a célra tervezett egyenáramú motorvezérlőt használ, nem pedig egy 3 lóerős VFD 3 fázist, amelyet váltakozó áramra szántak.
Beszéljünk a teljesítmény illesztéséről is, amely kritikus részlet minden motor és hajtás párosításánál. A 3 lóerős VFD 3 Phase motorunk egy 3 lóerős AC motor kezelésére van méretezve, amely meghatározott mennyiségű áramot vesz fel (körülbelül 7,5 amper 230 V-os háromfázisú feszültségnél, referenciaként). Az azonos lóerős egyenáramú motor a névleges feszültségétől függően eltérő áramot vesz fel. Például egy 3 LE-s 24 V-os egyenáramú motor körülbelül 100 A-t vesz fel teljes terhelés mellett, míg egy 3 LE-s 48 V-os egyenáramú motor körülbelül 50 A-t. Ez másfajta áramfelvétel, mint amilyenre a VFD-t tervezték. Még ha módosítani is lehetne egy VFD-t egyenáramú kimenetre, a belső alkatrészei (például az inverteres fokozatban használt tranzisztorok) a 3 LE-s váltakozó áramú motorok kisebb áramára legyenek méretezve, nem pedig arra a sokkal nagyobb áramra, amelyre egy ugyanolyan lóerős egyenáramú motornak szüksége van. Ez túlmelegedéshez, alkatrész idő előtti meghibásodásához vagy elektromos túlterhelés miatti biztonsági kockázathoz vezethet.
Talán arra gondol: „Mi van, ha másik meghajtót használok?” Ez jó kérdés. Ha fordulatszám-szabályozásra van szüksége egy egyenáramú motorhoz, a VFD nem a megfelelő eszköz. Ehelyett egy egyenáramú motorvezérlőt szeretne, amelyet arra terveztek, hogy a DC feszültséget a sebesség szabályozásához igazítsa. De ha váltóáramú motorokkal dolgozik, a VFD a tökéletes megoldás. Weboldalunk számos lehetőséget kínál a különböző beállításokhoz, beleértve az 5 lóerős VFD egyfázisú bemenetet a kisebb egyfázisú áramforrásokhoz, vagy a 3 fázisú frekvenciameghajtót a nagyobb ipari háromfázisú rendszerekhez. Ha háromfázisú motorjához csak egyfázisú áram áll rendelkezésre, akkor az egyfázisú frekvenciaváltónk az egyfázisú bemenetet háromfázisú kimenetté alakítja, így nem kell áthuzaloznia a létesítményt háromfázisú áramellátáshoz. Ezek mind megoldások váltakozó áramú motorvezérlésre, a különböző teljesítményigényekhez és motorméretekhez szabva.
Egy másik gyakori tévhit, amit az ügyfelektől hallok, hogy minden motorvezérlő eszköz felcserélhető. Ez nem igaz. A VFD-k váltakozó áramú motorokra specializálódtak, mivel a váltakozó áramú motor fordulatszámát szabályozzák: AC indukciós motorok esetén a sebességet az állórész pólusainak száma és a tápegység frekvenciája határozza meg. A frekvencia beállításával beállíthatja a sebességet, és a feszültség és a frekvencia beállításával (úgynevezett V/Hz vezérlés) a motor mágneses tere kiegyensúlyozott, így nem melegszik túl. Az egyenáramú motornak nincs ilyen állórész-kialakítása – a mágneses tere vagy állandó mágnesből vagy külön tekercsből származik, így a fordulatszám-szabályozás teljesen másképp működik. A VFD használata egy egyenáramú motorhoz olyan, mintha csavarkulcsot használna csavarhúzóként: lehet, hogy elfér, de nem fog úgy működni, ahogy kellene, és valószínűleg mindkét szerszámot megsérti.
Foglalkozzunk azzal is, hogy mi történik, ha valaki mégis megpróbálja ezt megtenni. A beszállítóként eltöltött éveim során hallottam olyan ügyfelekről szóló történeteket, akik ezt tesztelik, és végül megsült motorokhoz vagy törött hajtásokhoz jutottak. Például egy kis gépműhely egyszer megpróbálta a 3 LE-s VFD 3 fázisát egy egyenáramú motorhoz csatlakoztatni egy egyedi szállítószalaghoz. Amikor bekapcsolták, a motor hangos zümmögést adott, hevesen rázkódott, és 10 perc alatt kiégette az armatúra tekercsét. A VFD-t is be kellett küldeni javításra, mivel az AC kimeneti jel összezavarta a belső vezérlő áramköreit. Ez gyakori eredmény, mert a VFD-t nem arra tervezték, hogy egyenáramú motor egyenáramát szabályozza, és az egyenáramú motort nem úgy tervezték, hogy kezelje a váltakozó áramot. Nem éri meg a kockázatot, még akkor sem, ha olcsó parancsikonnak tűnik.
Tehát mikor működhetne együtt egy VFD és egy egyenáramú motor? Az egyetlen forgatókönyv, amelyre gondolok, az, ha hibrid rendszere van, ahol egy egyenáramú motort használnak a regeneratív fékezés részeként, és a VFD kezeli a teljesítmény-visszacsatolást. Még akkor is, ez egy nagyon speciális alkalmazás, nem egy szokásos használati eset. A regeneratív hajtások (egyfajta fejlett VFD) képesek felvenni az energiát a generátorként működő motorból – például amikor a szállítószalag lelassul –, és visszaküldi ezt az energiát az elektromos hálózatba. De ez a váltakozó áramú motorokra vonatkozik, nem az egyenáramú motorokra. A regeneratív rendszerben lévő egyenáramú motorokhoz továbbra is egy DC-specifikus vezérlőre van szükség az energia-visszacsatolás kezelésére, nem egy VFD-re.
Ha a cél egy egyenáramú motor fordulatszámának szabályozása, a helyes lépés az, hogy egy egyenáramú motor fordulatszám-szabályozót keres, nem pedig VFD-t. Ezeket a vezérlőket az egyenáramú motorok armatúra feszültségének vagy mezőáramának beállítására tervezték, így zökkenőmentesen működnek együtt a motor kialakításával. Az egyenáramú motorok áramfelvételéhez is megfelelő méretezésűek, ami, mint korábban említettem, sokkal nagyobb lehet, mint egy azonos lóerős AC motoré. Például egy 3 LE-s egyenáramú motorhoz legalább 100 amper névleges vezérlőre van szüksége, ha 24 V-os, míg a 3 lóerős VFD-hez 230 V-on csak körülbelül 7,5 amper névleges. Ha itt VFD-t próbálunk használni, akkor a vezérlő nagymértékű alulméretezése lenne, ami túlmelegedéshez és meghibásodáshoz vezetne.
Ha váltóáramú motorral dolgozik, és azon tűnődik, hogy egy 3 lóerős VFD megfelelő-e az Ön számára, akkor termékeink itt ragyognak. A 3 LE-s VFD 3 Phase háromfázisú váltakozó áramú motorok széles skálájával működik, 1/2 LE-től 3 LE-ig, a motor hatékonyságától és alkalmazásától függően. Támogatja a V/Hz-es vezérlést és a vektorvezérlést is, amely precízebb fordulatszám-szabályozást és nagyobb nyomatékot biztosít alacsony fordulatszámon – tökéletes olyan alkalmazásokhoz, mint a kis szállítószalagok, szerszámgépek és mezőgazdasági berendezések. Más VFD-ket is kínálunk a különböző igények kielégítésére: ha 5 LE-s motorja van, az 5 lóerős VFD egyfázisú bemenetünk lehetővé teszi, hogy egyfázisú tápellátással is használja, ami sok kereskedelmi beállításnál gyakori háromfázisú csatlakoztatás nélkül. Nagyobb terhelésekhez a 3 fázisú frekvenciahajtású sorozatunk akár nagyobb lóerősségű modelleket is tartalmaz, így megtalálhatja a felszereléséhez a megfelelőt.
Zárjuk le ezt. A legfontosabb dolog az, hogy a 3 LE-s VFD 3 Phase nem használható szabványos egyenáramú motorral. Belső kialakításukat a különböző teljesítménytípusokhoz és motorfunkciókhoz szabták, és a párosításuk megkísérlése gyenge teljesítményhez, a berendezés esetleges károsodásához és biztonsági kockázatokhoz vezet. Ha fordulatszám-szabályozásra van szüksége egy egyenáramú motorhoz, ragaszkodjon egy erre a célra kialakított egyenáramú motorvezérlőhöz. Ha váltakozó áramú motorral dolgozik, és VFD-t keres, frekvenciaváltóink és VFD-eink – beleértve a 3 lóerős VFD 3 fázist, az 5 lóerős VFD egyfázisú bemenetet és az egyfázisú frekvenciaváltót a kisebb teljesítményű beállításokhoz – úgy lettek kialakítva, hogy megbízhatóan megfeleljenek az ipari igényeknek.
Ha kérdése van a váltakozó áramú motorjához megfelelő VFD-vel kapcsolatban, segítségre van szüksége a meghajtó méretezésében, vagy többet szeretne megtudni termékeinkről, forduljon bizalommal. Azért vagyunk itt, hogy segítsünk megtalálni a megfelelő megoldást ipari berendezéseihez, függetlenül az alkalmazástól.
Hivatkozások
- Elektromos motorvezérlés: alapelvek és alkalmazások, McGraw-Hill, 2019
- Változófrekvenciás meghajtó tervezése és működése, IEEE Press, 2021
- Ipari motorvezérlési kézikönyv, National Electrical Manufacturers Association (NEMA), 2020