Frekvensomformer – sådan vælger du den rigtige

Hvad gør en frekvensomformer?

En asynkronmotor, der er koblet direkte på nettet, kører med næsten konstant omdrejningstal – en firepolet motor ved 50 Hz med lidt under 1 500 omdrejninger i minuttet. Frekvensomformeren ensretter netspændingen til en jævnspænding i mellemkredsen. En vekselretter med IGBT-transistorer danner derefter en ny trefaset spænding med valgfri frekvens og spænding. Motoren kan så køre trinløst, med blød start og blødt stop. Omformeren styrer både asynkronmotorer og permanentmagnetiserede synkronmotorer (PM-motorer), som har højere virkningsgrad, men oftest ikke kan køre direkte på nettet.

Hvorfor sparer omdrejningsregulering energi?

I centrifugalpumper og ventilatorer stiger effektbehovet omtrent med omdrejningstallet i tredje potens. Ved 80 procent omdrejningstal skal der i teorien kun bruges cirka halvdelen af effekten. Ved drosling med ventil eller spjæld kører motoren derimod med fuldt omdrejningstal, og energien går tabt. Med statisk løftehøjde eller modtryk bliver besparelsen mindre, men ofte stadig stor.

Hvor bruges frekvensomformere?

• Bygninger – ventilatorer, cirkulationspumper og køleanlæg i ventilation og varme.
• Vand og spildevand – pumpestationer og blæsere til beluftning i renseanlæg. Blød start og blødt stop mindsker trykstødene.
• Fabrik og maskinbyggeri – transportbånd, blandere, ekstrudere og kompressorer.
• Løft – traverskraner, portalkraner og elevatorer, hvor omformeren styrer bremsesekvensen.
• Energi og søfart – kølevandspumper i kraftværker og spil om bord på skibe.

U/f-styring eller vektorstyring?

PM-motorer kræver som regel vektorstyring. Ved idriftsættelsen udfører omformeren en motoridentifikation (autotuning), hvor den måler motorens data. Spring ikke det trin over.

Dimensionering – strøm, overlast og driftsform

Tag udgangspunkt i motorens mærkestrøm. To motorer på 15 kW kan have forskellig mærkestrøm afhængigt af poltal og virkningsgrad.

Mange omformere har to sæt mærkedata: normal drift (ND) til laster med kvadratisk moment, som pumper og ventilatorer, og tung drift (HD) til konstant moment og tunge starter, som transportbånd, blandere og stempelkompressorer. Typisk klarer normal drift 110 % overlast i 60 sekunder og tung drift 150 % i 60 sekunder. Løfteværker kræver fuldt moment ved stilstand, styring af den mekaniske bremse og ofte encoder.

Mærkedata gælder ved en bestemt omgivelsestemperatur, højde og switchfrekvens. I en varm tavle, mere end 1 000 meter over havet eller med højere switchfrekvens skal mærkestrømmen ofte reduceres (derating).

Bremsning og tilbageføring

Når en motor bremses eller en last sænkes, arbejder motoren som generator. Energien går tilbage til mellemkredsen, og spændingen stiger, indtil omformeren udkobler på overspænding.

• Bremsemodstand – en bremsechopper kobler en modstand ind, som omsætter energien til varme. Enkelt og billigt. Mindre omformere har ofte bremsechopperen indbygget.
• Regenerativ bremseenhed – fører energien tilbage til nettet. Betaler sig ved hyppig bremsning i kraner, elevatorer og centrifuger.
• Aktiv ensretter eller matrixomformer – omformeren fører selv energien tilbage og trækker en næsten sinusformet strøm fra nettet med meget lave harmoniske.

EMC, motorkabel og lejestrømme

Omformerens hurtige switching giver højfrekvente forstyrrelser, og ensretteren giver harmoniske på nettet. Standarden EN 61800-3 inddeler drivsystemer i kategorier:

• Skærmet motorkabel – forbind skærmen hele vejen rundt (360°) i begge ender med EMC-forskruninger.
• Lange kabler – spændingsrefleksioner kan give spidser på op til den dobbelte mellemkredsspænding ved motoren. Brug du/dt-filter eller sinusfilter, hvis kablet er længere end producentens grænse.
• Fejlstrømsafbryder – EMC-filteret giver lækstrøm, og en fejl kan give jævnstrøm til jord. Trefasede omformere kræver ofte en fejlstrømsafbryder type B.

Lejestrømme opstår, når omformerens common mode-spænding aflades gennem motorens lejer. Udladningerne ætser riller i lejebanerne, og lejet kan havarere efter nogle måneder. Risikoen stiger med motorens størrelse. Løsningerne er isolerede lejer, jordingsring på akslen, common mode-filter og korrekt skærmning.

Kommunikation, STO og placering

Enkle systemer styres med digitale indgange og en reference på 0–10 V eller 4–20 mA. I moderne maskiner sker styringen oftest via netværk: PROFINET i Siemens-miljøer, EtherNet/IP med Rockwell, EtherCAT i maskiner med motion control og Modbus eller BACnet i pumpestationer og bygninger. Så kan styresystemet også aflæse strøm, moment, energiforbrug og alarmer.

STO (Safe Torque Off) fjerner motorens moment via to uafhængige kanaler. Funktionen er defineret i IEC 61800-5-2 og svarer til stopkategori 0 efter IEC 60204-1. Med et sikkerhedskort kan du også få SS1, kontrolleret nedbremsning efterfulgt af STO. STO erstatter ikke en sikkerhedsafbryder – motorkablet er stadig spændingsførende.

De fleste omformere har IP20 og monteres i tavler, hvor nogle få procent af effekten bliver til varme, som skal ventileres væk. Til montering ude i anlægget findes der modeller i IP55.

Almindelige fejl

1. Omformeren vælges efter kW. En motor med mange poler eller lav virkningsgrad trækker mere strøm end en firepolet motor med samme effekt.
2. En kontaktor afbryder motorkredsen under drift. Det kan skade omformerens udgangstrin. Stop først med STO eller en stopkommando.
3. Bremsebehovet bliver glemt. En stor ventilator eller et transportbånd, der kører nedad, kan give overspændingsalarm ved hvert stop.
4. Motoren kører længe ved lavt omdrejningstal med højt moment. En selvventileret motor køles så dårligere og bliver varm. Brug en separat køleventilator eller en større motor.

Frekvensomformere hos SCN

Vi har frekvensomformere fra Yaskawa: universalmodeller fra 0,1 kW, højtydende omformere op til 630 kW og specialmodeller til bygninger, kraner og elevatorer samt regenerative bremseenheder og matrixomformeren U1000. Fortæl os om motor, last og miljø, så hjælper vi dig med at vælge størrelse og tilvalg.

Eksempler fra vores sortiment

Ofte stillede spørgsmål

Hvad er forskellen på en frekvensomformer og en softstarter?

En softstarter giver kun en blød start, og derefter kører motoren med fuldt omdrejningstal. En frekvensomformer regulerer omdrejningstallet under hele driften og kan derfor spare energi.

Kan jeg køre en almindelig motor med frekvensomformer?

Ja, de fleste moderne asynkronmotorer kan tåle det. Ved lange kabler, forsyning med 690 V og store motorer bør du kontrollere motorens isolation og beskyttelse mod lejestrømme.

Hvad betyder STO på en frekvensomformer?

Safe Torque Off, en sikkerhedsfunktion, der fjerner motorens moment via to uafhængige kanaler. Den erstatter ikke en sikkerhedsafbryder ved elarbejde.

Kan en frekvensomformer forsynes med enfaset strøm?

Ja, mindre omformere kan forsynes med enfaset 230 V og giver alligevel trefaset spænding til motoren, som så oftest forbindes i trekant.