Frekvensomformer – slik velger du riktig

Hva gjør en frekvensomformer?

En asynkronmotor som er direkte koblet til nettet, går med nesten konstant turtall – en firepolet motor på 50 Hz med litt under 1 500 omdreininger per minutt. Frekvensomformeren likeretter nettspenningen til en likespenning i mellomkretsen. En vekselretter med IGBT-transistorer lager deretter en ny trefasespenning med valgfri frekvens og spenning. Motoren kan da kjøres trinnløst, med myk start og mykt stopp. Omformeren styrer både asynkronmotorer og permanentmagnetiserte synkronmotorer (PM-motorer), som har høyere virkningsgrad, men som regel ikke kan kjøres direkte på nettet.

Hvorfor sparer turtallsregulering energi?

I sentrifugalpumper og vifter øker effektbehovet omtrent med kubikken av turtallet. Ved 80 prosent turtall trengs det i teorien bare rundt halvparten av effekten. Ved struping med ventil eller spjeld går motoren i stedet på fullt turtall, og energien går tapt. Med statisk løftehøyde eller mottrykk blir besparelsen mindre, men ofte fortsatt stor.

Hvor brukes frekvensomformere?

• Bygg og eiendom – vifter, sirkulasjonspumper og kjølemaskiner i ventilasjon og oppvarming.
• Vann og avløp – pumpestasjoner og blåsemaskiner for lufting i renseanlegg. Myk start og mykt stopp reduserer trykkstøtene.
• Fabrikk og maskinbygging – transportbånd, blandere, ekstrudere og kompressorer.
• Løft – traverskraner, portalkraner og heiser, der omformeren tar seg av bremsesekvensen.
• Energi og maritim sektor – kjølevannspumper i kraftverk og vinsjer om bord på skip.

U/f-styring eller vektorstyring?

PM-motorer krever som regel vektorstyring. Ved idriftsettelsen gjør omformeren en motoridentifisering (autotuning), der den måler opp motordataene. Ikke hopp over det trinnet.

Dimensjonering – strøm, overlast og driftstilfeller

Ta utgangspunkt i motorens merkestrøm. To motorer på 15 kW kan ha ulik merkestrøm avhengig av poltall og virkningsgrad.

Mange omformere har to sett merkedata: normal drift (ND) for laster med kvadratisk moment, som pumper og vifter, og tung drift (HD) for konstant moment og tunge starter, som transportbånd, blandere og stempelkompressorer. Vanligvis tåler normal drift 110 % overlast i 60 sekunder og tung drift 150 % i 60 sekunder. Løfteverk krever fullt moment ved stillstand, styring av den mekaniske bremsen og ofte pulsgiver.

Merkedataene gjelder ved en bestemt omgivelsestemperatur, høyde over havet og svitsjefrekvens. I et varmt skap, over 1 000 meter over havet eller med høyere svitsjefrekvens må merkestrømmen ofte reduseres (derating).

Bremsing og tilbakemating

Når en motor bremses eller en last senkes, arbeider motoren som generator. Energien går tilbake til mellomkretsen, og spenningen stiger til omformeren løser ut på overspenning.

• Bremsemotstand – en bremsechopper kobler inn en motstand som gjør energien om til varme. Enkelt og billig. Mindre omformere har ofte innebygd bremsechopper.
• Regenerativ bremseenhet – mater energien tilbake til nettet. Lønner seg ved hyppig bremsing i kraner, heiser og sentrifuger.
• Aktiv likeretter eller matriseomformer – omformeren mater selv tilbake og trekker en nesten sinusformet strøm fra nettet, med svært lite harmonisk forvrengning.

EMC, motorkabel og lagerstrømmer

Den raske svitsjingen i omformeren gir høyfrekvente forstyrrelser, og likeretteren gir overharmoniske på nettet. Standarden EN 61800-3 deler drivsystemer inn i kategorier:

• Skjermet motorkabel – koble skjermen rundt hele omkretsen (360°) i begge ender med EMC-nipler.
• Lange kabler – spenningsrefleksjoner kan gi topper på opptil dobbel mellomkretsspenning ved motoren. Bruk du/dt-filter eller sinusfilter hvis kabelen er lengre enn produsentens grense.
• Jordfeilbryter – EMC-filteret gir lekkasjestrøm, og en feil kan gi likestrøm til jord. Trefaseomformere krever ofte jordfeilbryter type B.

Lagerstrømmer oppstår når omformerens common mode-spenning lades ut gjennom motorlagrene. Utladningene etser riller i lagerbanene, og lageret kan havarere etter noen måneder. Risikoen øker med motorstørrelsen. Tiltak er isolerte lagre, jordingsring på akselen, common mode-filter og riktig skjerming.

Kommunikasjon, STO og plassering

Enkle systemer styres med digitale innganger og en referanse på 0–10 V eller 4–20 mA. I moderne maskiner skjer styringen som regel via nettverk: PROFINET i Siemens-miljøer, EtherNet/IP med Rockwell, EtherCAT i maskiner med bevegelsesstyring og Modbus eller BACnet i pumpestasjoner og bygg. Da kan styresystemet også lese av strøm, moment, energiforbruk og alarmer.

STO (Safe Torque Off) kobler ut motorens moment via to uavhengige kanaler. Funksjonen er definert i IEC 61800-5-2 og tilsvarer stoppkategori 0 etter IEC 60204-1. Med et sikkerhetskort kan du også få SS1, kontrollert nedbremsing etterfulgt av STO. STO erstatter ikke en sikkerhetsbryter – motorkabelen står fortsatt under spenning.

De fleste omformere har IP20 og monteres i koblingsskap, der noen prosent av effekten blir til varme som må ventileres bort. For montering ute i anlegget finnes modeller i IP55.

Vanlige feil

1. Omformeren velges etter kW. En motor med mange poler eller lav virkningsgrad trekker mer strøm enn en firepolet motor med samme effekt.
2. En kontaktor bryter motorkretsen under drift. Det kan skade utgangstrinnet i omformeren. Stopp først med STO eller en stoppkommando.
3. Bremsebehovet blir glemt. En stor vifte eller et transportbånd som går nedover, kan gi overspenningsalarm ved hvert stopp.
4. Motoren går lenge på lavt turtall med høyt moment. En egenventilert motor kjøles da dårligere og blir varm. Bruk en separat kjølevifte eller en større motor.

Frekvensomformere hos SCN

Vi har frekvensomformere fra Yaskawa: allround-modeller fra 0,1 kW, høyytelsesomformere opptil 630 kW og spesialmodeller for bygg, kraner og heiser, i tillegg til regenerative bremseenheter og matriseomformeren U1000. Fortell oss om motor, last og miljø, så hjelper vi deg med å velge størrelse og tilvalg.

Eksempler fra vårt sortiment

Vanlige spørsmål

Hva er forskjellen på frekvensomformer og mykstarter?

En mykstarter gir bare en myk start, deretter går motoren på fullt turtall. En frekvensomformer regulerer turtallet under hele driften og kan derfor spare energi.

Kan jeg kjøre en vanlig motor med frekvensomformer?

Ja, de fleste moderne asynkronmotorer tåler det. Ved lange kabler, forsyning med 690 V og store motorer bør du sjekke motorens isolasjon og beskyttelse mot lagerstrømmer.

Hva betyr STO på en frekvensomformer?

Safe Torque Off, en sikkerhetsfunksjon som kobler ut motorens moment via to uavhengige kanaler. Den erstatter ikke en sikkerhetsbryter ved elektrisk arbeid.

Kan en frekvensomformer forsynes med enfase?

Ja, mindre omformere kan forsynes med enfase 230 V og gir likevel trefase til motoren, som da som regel kobles i trekant.