Frekvensomriktare – så väljer du rätt

Vad gör en frekvensomriktare?

En asynkronmotor som är direktkopplad till nätet går med nästan konstant varvtal – en fyrpolig motor på 50 Hz med strax under 1 500 varv per minut. Frekvensomriktaren likriktar nätspänningen till en likspänning i mellanleden. En växelriktare med IGBT-transistorer skapar sedan en ny trefasspänning med valfri frekvens och spänning. Motorn kan då köras steglöst, med mjuk start och mjukt stopp. Omriktaren styr både asynkronmotorer och permanentmagnetiserade synkronmotorer (PM-motorer), som har högre verkningsgrad men oftast inte kan köras direkt på nätet.

Varför sparar varvtalsreglering energi?

I centrifugalpumpar och fläktar ökar effektbehovet ungefär med kubiken på varvtalet. Vid 80 procent varvtal behövs i teorin bara cirka hälften av effekten. Vid strypning med ventil eller spjäll går motorn i stället på fullt varvtal och energin går förlorad. Med statisk lyfthöjd eller mottryck blir besparingen mindre, men ofta fortfarande stor.

Var används frekvensomriktare?

• Fastigheter – fläktar, cirkulationspumpar och kylmaskiner i ventilation och värme.
• Vatten och avlopp – pumpstationer och blåsmaskiner för luftning i reningsverk. Mjuk start och mjukt stopp minskar tryckslagen.
• Fabrik och maskinbygge – transportband, blandare, extrudrar och kompressorer.
• Lyft – traverser, portalkranar och hissar, där omriktaren sköter bromssekvensen.
• Energi och sjöfart – kylvattenpumpar i kraftverk och vinschar ombord på fartyg.

U/f-styrning eller vektorstyrning?

PM-motorer kräver i regel vektorstyrning. Vid idrifttagningen gör omriktaren en motoridentifiering (autotuning) där den mäter upp motorns data. Hoppa inte över det steget.

Dimensionering – ström, överlast och driftfall

Utgå från motorns märkström. Två motorer på 15 kW kan ha olika märkström beroende på polantal och verkningsgrad.

Många omriktare har två märkdata: normal drift (ND) för laster med kvadratiskt moment, som pumpar och fläktar, och tung drift (HD) för konstant moment och tunga starter, som transportband, blandare och kolvkompressorer. Vanligen klarar normal drift 110 % överlast i 60 sekunder och tung drift 150 % i 60 sekunder. Lyftverk kräver fullt moment vid stillastående, styrning av den mekaniska bromsen och ofta pulsgivare.

Märkdata gäller vid en viss omgivningstemperatur, höjd och switchfrekvens. I ett varmt skåp, över 1 000 meter över havet eller med högre switchfrekvens måste märkströmmen ofta reduceras (derating).

Bromsning och återmatning

När en motor bromsas eller en last sänks arbetar motorn som generator. Energin går tillbaka till mellanleden och spänningen stiger tills omriktaren löser ut på överspänning.

• Bromsmotstånd – en bromschopper kopplar in ett motstånd som omvandlar energin till värme. Enkelt och billigt. Mindre omriktare har ofta bromschoppern inbyggd.
• Regenerativ bromsenhet – matar tillbaka energin till nätet. Lönar sig vid ofta återkommande bromsning i kranar, hissar och centrifuger.
• Aktiv likriktare eller matrisomriktare – omriktaren återmatar själv och tar en nästan sinusformad ström från nätet, med mycket låga övertoner.

EMC, motorkabel och lagerströmmar

Omriktarens snabba switchning ger högfrekventa störningar, och likriktaren ger övertoner på nätet. Standarden EN 61800-3 delar in drivsystem i kategorier:

• Skärmad motorkabel – anslut skärmen runt om (360°) i båda ändar med EMC-förskruvningar.
• Långa kablar – spänningsreflexer kan ge toppar på upp till dubbla mellanledsspänningen vid motorn. Använd du/dt-filter eller sinusfilter om kabeln är längre än tillverkarens gräns.
• Jordfelsbrytare – EMC-filtret ger läckström, och ett fel kan ge likström till jord. Trefasomriktare kräver ofta jordfelsbrytare typ B.

Lagerströmmar uppstår när omriktarens common mode-spänning laddas ur genom motorns lager. Urladdningarna etsar räfflor i lagerbanorna, och lagret kan haverera efter månader. Risken ökar med motorstorleken. Åtgärder är isolerade lager, jordningsring på axeln, common mode-filter och korrekt skärmning.

Kommunikation, STO och placering

Enkla system styrs med digitala ingångar och en referens på 0–10 V eller 4–20 mA. I moderna maskiner sker styrningen oftast via nätverk: PROFINET i Siemens-miljöer, EtherNet/IP med Rockwell, EtherCAT i maskiner med rörelsestyrning och Modbus eller BACnet i pumpstationer och fastigheter. Då kan styrsystemet också läsa av ström, moment, energiförbrukning och larm.

STO (Safe Torque Off) stänger av motorns moment via två oberoende kanaler. Funktionen definieras i IEC 61800-5-2 och motsvarar stoppkategori 0 enligt IEC 60204-1. Med ett säkerhetskort kan du också få SS1, kontrollerad inbromsning följd av STO. STO ersätter inte en arbetsbrytare – motorkabeln är fortfarande spänningssatt.

De flesta omriktare har IP20 och monteras i elskåp, där några procent av effekten blir värme som måste ventileras bort. För montering ute i anläggningen finns modeller i IP55.

Vanliga misstag

1. Omriktaren väljs efter kW. En motor med många poler eller låg verkningsgrad drar mer ström än en fyrpolig motor med samma effekt.
2. En kontaktor bryter motorkretsen under drift. Det kan skada omriktarens utgångssteg. Stoppa först med STO eller ett stoppkommando.
3. Bromsbehovet glöms bort. En stor fläkt eller ett transportband som går nedåt kan ge överspänningslarm vid varje stopp.
4. Motorn går länge på lågt varvtal med högt moment. En självventilerad motor kyls då sämre och blir varm. Använd en separat kylfläkt eller en större motor.

Frekvensomriktare hos SCN

Vi har frekvensomriktare från Yaskawa: allroundmodeller från 0,1 kW, högpresterande omriktare upp till 630 kW och specialmodeller för fastigheter, kranar och hissar, liksom regenerativa bromsenheter och matrisomriktaren U1000. Berätta om motor, last och miljö, så hjälper vi dig att välja storlek och tillval.

Exempel ur vårt sortiment

Vanliga frågor

Vad är skillnaden mellan frekvensomriktare och mjukstartare?

En mjukstartare ger bara en mjuk start, sedan går motorn på fullt varvtal. En frekvensomriktare reglerar varvtalet under hela driften och kan därför spara energi.

Kan jag köra en vanlig motor med frekvensomriktare?

Ja, de flesta moderna asynkronmotorer tål det. Vid långa kablar, matning med 690 V och stora motorer bör du kontrollera motorns isolation och skydd mot lagerströmmar.

Vad betyder STO på en frekvensomriktare?

Safe Torque Off, en säkerhetsfunktion som stänger av motorns moment via två oberoende kanaler. Den ersätter inte en arbetsbrytare vid elarbete.

Kan en frekvensomriktare matas med enfas?

Ja, mindre omriktare kan matas med enfas 230 V och ger ändå trefas till motorn, som då oftast kopplas i triangel.