Kuidas valida õige sagedusmuundur?

Kõige lihtsam viis sagedusmuundur valida

Kui aus olla, siis kõige lihtsam ja kiirem viis õige sagedusmuunduri leidmiseks on küsida nõu inimeselt, kes sellega igapäevaselt tegeleb. Helista meile – aitame valida sobiva lahenduse ja vaatame koos üle, millised parameetrid on just sinu rakenduse puhul olulised.

Aga kui soovid ise paremini aru saada, miks üks sagedusmuundur sobib ventilaatorile, teine konveierile ja kolmas näiteks tõsteseadmele, siis tasub teemat natuke põhjalikumalt vaadata.

Järgnevalt vaatame üle peamised sagedusmuunduri valiku kriteeriumid ja toome välja ka mõned kohad, kus vale valik võib hiljem probleeme tekitada. Mõni viga annab endast märku kohe käivitamisel, teine alles siis, kui seade on paar aastat tööd teinud ja koormused muutuvad.

Rakendus – mida hakkab mootor tegelikult tegema?

Sagedusmuunduri valikul on üks kõige olulisemaid küsimusi: mida see mootor tegelikult käitama hakkab?

Kuigi sagedusmuunduri tööpõhimõte on alati sama – muuta mootori kiirust ja juhtida selle tööd –, võivad erinevate seadmete nõudmised olla täiesti erinevad. Mootor, mis töötab rahulikult ventilaatoris, vajab teistsugust lähenemist kui mootor, mis peab käivitama raske konveieri või liigutama tõstemehhanismi.

Vaatame mõnda levinumat rakendust ja mida nende puhul sagedusmuunduri valikul silmas pidada.

Konveierid

Konveierid on üks kõige tavalisemaid sagedusmuundurite kasutuskohti. Enamasti kasutatakse seal suure ülekandega reduktoreid, mis annavad mootorile vajaliku jõu ja võimaldavad liigutada ka üsna suuri koormuseid.

Konveieri puhul võib üldjuhul arvestada, et koormuse väändemoment on suhteliselt konstantne – ehk mootor peab andma sarnast jõudu nii väiksemal kui ka suuremal kiirusel.

Tavapärase sisetingimustes töötava konveieri puhul ei ole see suur probleem, kuid välitingimustes võivad olukorrad olla keerulisemad. Näiteks talvel võib käivitamisel probleemiks osutuda külmunud määrdega reduktor, jäätunud lint või lihtsalt tavapärasest suurem käivitustakistus.

Sellisel juhul peab mootor andma kohe käivitamisel piisavalt suurt väändemomenti. Kõige kindlam valik on kasutada vektorjuhtimisega sagedusmuundurit, mis suudab madalatel pööretel paremini mootori jõudu ära kasutada.

Kui konveier peab sageli peatuma või kiiresti aeglustama, tasub mõelda ka pidurdustakisti kasutamisele. See aitab ära juhtida pidurdamisel tekkiva regeneratiivse energia ja väldib sagedusmuunduri liigpingesse minekut.

Konveierite puhul sobivad hästi näiteks Mitsubishi Electric FR-D800 ja Mitsubishi Electric FR-E800 seeria sagedusmuundurid. Suuremate võimsuste puhul (üldjuhul üle 22 kW) tasub vaadata Mitsubishi Electric FR-A800 seeria poole.

Kompressorid

Kompressorite puhul on palju sarnasusi konveieritega – ka siin on oluline piisav käivitusmoment ja töökindel juhtimine.

Samas on üks oluline erinevus: tavaliselt ei ole kompressori puhul vaja sagedusmuundurit kiiresti pidurdada. Seetõttu ei ole enamasti vaja ka pidurdustakistit.

Kompressori puhul on sageli olulisem hoopis sujuv käivitus, rõhu stabiilsena hoidmine ja energiakulu vähendamine. Sagedusmuundur võimaldab näiteks reguleerida kompressori tootlikkust vastavalt tegelikule vajadusele, selle asemel et mootor pidevalt täiskiirusel töötaks.

Ventilatsiooniseadmed ja pumbad

Ventilaatorite puhul kehtivad sagedusmuunduri valikul veidi teistsugused põhimõtted kui konveieritel.

Kui konveieri puhul soovime saada võimalikult suurt jõudlust ka madalatel pööretel, siis ventilaatori koormus sõltub tugevalt pöörlemiskiirusest. Ventilaatori käivitamiseks vajalik jõud on väike – isegi väga suure võimsusega ventilaatorit võib seisvana üsna kergelt käega liigutada.

Ventilaatoritele ja pumpadele sobib hästi rahulik käivitus ja aeglane kiiruse muutmine. Käivitusaeg võib olla isegi kümneid sekundeid või minuteid ning sagedusmuunduri jaoks on see väga sobiv töörežiim.

Üks koht, millele tuleb tähelepanu pöörata, on ventilaatori suur inerts. Eriti suured aksiaalventilaatorid võivad pärast väljalülitamist veel pikalt edasi pöörleda. Kui neid üritada liiga kiiresti pidurdada, võib tekkida liiga suur regeneratiivenergia ja sagedusmuundur võib minna liigpingesse. Sama kehtib ka tsentrifugaalpumpade puhul.

Lisaks võib mõnes rakenduses tekkida olukord, kus õhuvool paneb ventilaatori pöörlema kiiremini, kui sagedusmuundur ette annab. Sellisel juhul võib kasulik olla funktsioon Regeneration avoidance operation selection, mis suurendab vajadusel mootori kiirust ja aitab vältida liigse regeneratiivenergia tekkimist.

Ventilaatorite ja pumpade puhul ootame sagedusmuundurilt sageli ka energiakokkuhoidu. Seetõttu on kasulikud erinevad energiasäästu funktsioonid, mis kohandavad mootori tööd vastavalt tegelikule koormusele.

Väiksemate katuseventilaatorite ja puurkaevupumpade puhul tasub olla tähelepanelik. Kuigi mootori võimsus võib olla väike, ei pruugi mootori mähise isolatsioon olla alati arvestatud sagedusmuunduri tekitatud kiirete pingetippudega.

Sagedusmuunduri PWM-väljund tekitab kiireid pingemuutusi (du/dt), mis võivad mõnel mootoril põhjustada isolatsiooni liigset koormamist. Seetõttu nõuavad mõned ventilaatoritootjad du/dt-filtri või siinusfiltri kasutamist.

Ventilatsiooniseadmete jaoks sobivad hästi näiteks Mitsubishi Electric FR-D800 ja spetsiaalselt ventilaatoritele ning pumpadele mõeldud Mitsubishi Electric FR-F800 sagedusmuundurid.

Tigukonveierid

Tigukonveierid on üks rakendusi, kus sagedusmuundur saab päriselt oma võimekust näidata. Aeg-ajalt võib ette tulla olukord, kus materjal kiilub teo vahele kinni. Põhjuseid võib olla mitu – liiga suur täiteaste, võõrkeha või lihtsalt materjali ebaühtlane liikumine –, kuid tulemus on sama: mootor ei jõua enam pöörata ja tekib ülekoormus.

Sellises olukorras on tihti kõige kiirem lahendus korraks tagurdada, vabastada kinnikiilunud materjal ja jätkata tööd õiges suunas. Selleks peab sagedusmuundur suutma anda mootorile piisavalt suurt väändemomenti ka madalatel pööretel ning taluma lühiajalisi ülekoormusi.

Tigukonveieri juhtimiseks tasub valida jõuline vektorjuhtimisega sagedusmuundur, näiteks Mitsubishi Electric FR-D800 või suurema varuga Mitsubishi Electric FR-E800.

Mikserid ja segajad

Mikserite puhul võib esmapilgul tunduda, et tegemist on üsna lihtsa rakendusega – mootor lihtsalt pöörab segamislabasid. Tegelikult võivad olukorrad olla väga erinevad.

Tavapärase töö ajal lisatakse segatav toore järk-järgult ning mootor töötab suhteliselt stabiilse koormusega. Probleem võib tekkida aga pärast pikemat seisakut. Näiteks võib raskem materjal vajuda anuma põhja ja moodustada tihenenud kihi, mille käivitamisel peab mootor suutma ületada tavapärasest palju suuremat takistust.

Seetõttu ei tasu mikserite ja segajate puhul sagedusmuunduri valikut alahinnata. Oluline on, et muundur suudaks anda piisavalt suurt käivitusmomenti ja töötada usaldusväärselt ka ülekoormuse olukorras.

Selliste rakenduste jaoks sobivad hästi jõulisema vektorjuhtimisega sagedusmuundurid, näiteks Mitsubishi Electric FR-D800, Mitsubishi Electric FR-E800 ja suuremate võimsuste puhul Mitsubishi Electric FR-A800.

Tõsteseadmed

Tõsteseadmed vajavad sagedusmuunduri valikul alati eraldi lähenemist. Lisaks tugevale vektorjuhtimisele peab sagedusmuundur suutma korralikult käsitleda ka koormuse langetamisel tekkivat regeneratiivenergiat.

Kui koormust alla lastakse, hakkab mootor toimima generaatorina ja energia liigub tagasi sagedusmuunduri alalisvooluahelasse. Kui seda energiat ei suudeta ära juhtida, tõuseb pinge liiga kõrgele ja sagedusmuundur peatab töö.

Tõsterakendustes sobivad näiteks Mitsubishi Electric FR-D800, Mitsubishi Electric FR-E800 ja suuremate võimsuste puhul Mitsubishi Electric FR-A800. Nendel sagedusmuunduritel on väga hea vektorjuhtimise võimekus ning sisseehitatud pidurdustransistor koos juhtimisahelaga. Selle kasutamiseks tuleb alati lisada sobiv pidurdustakisti, mis regeneratiivenergia soojuseks muudab.

Mõnes tõsterakenduses võib koormuse langetamine olla pikk või toimuda väga sageli. Sellisel juhul võib ka sagedusmuunduri sisseehitatud pidurdustransistori lubatud koormusest väheks jääda ning tuleb kasutada suurema võimsusega eraldiseisvat pidurdusplokki koos sobiva pidurdustakistiga.

Dünaamilised ajamid

Eraldi tasub välja tuua rakendused, kus ajam peab väga sageli kiirendama ja aeglustama ning töötsüklid on vaid mõne sekundi pikkused. Selliseid lahendusi kohtab näiteks kiiretes tootmismasinates, positsioneerimissüsteemides ja erinevates automaatikarakendustes.

Nendes rakendustes ei piisa ainult mootori võimsusest – oluline on sagedusmuunduri juhtimise kiirus ja täpsus. Mootori seisundit tuleb mõõta ja juhtida väga kiiresti, et tagada vajalik moment nii kiirendamisel kui ka pidurdamisel.

Selliste rakenduste puhul on oluline valida kõrgema taseme vektorjuhtimisega sagedusmuundur. Mitsubishi Electricu valikus on siin üheks parimaks lahenduseks Mitsubishi Electric FR-E800, mille suure jõudlusega protsessor ja kiire mootoriahela mõõtmine võimaldavad saavutada väga dünaamilise juhtimise.

Mootori nimipinge – 1 faas või 3 faasi?

Ütlen kohe ära: 1-faasilise mootori juhtimine sagedusmuunduriga ei anna tavaliselt head tulemust. Kuigi selleks on olemas spetsiaalseid lahendusi, on nende kasutus piiratud ja sageli ei saavutata sama head juhtimist kui kolmefaasilise mootoriga.

Siinkohal tasub eristada kahte asja: ühefaasilist toidet ja ühefaasilist mootorit. Ühefaasilise võrguga (1×230 V) töötav sagedusmuundur on täiesti tavapärane lahendus. Selline sagedusmuundur annab väljundisse kolmefaasilise pinge, tavaliselt 3×230 V, ning seda kasutatakse koos 230/400 V mootoriga, mis on ühendatud kolmnurka (Δ). Selliseid sagedusmuundureid on levinud kuni umbes 2,2 kW võimsuseni.

Seega lähtume edaspidi sellest, et mootor on kolmefaasiline.

Kõige levinumad kolmefaasiliste mootorite pinged on 230 V, 400 V ja suurematel mootoritel ka 690 V. Paljudel mootoritel on välja toodud mähiste mõlemad ühendusvõimalused ning mootorit saab ühendada kas kolmnurka (Δ) või tähte (Y).

Näiteks tähendab mootori märge 230/400 V, et 230 V toite puhul ühendatakse mootor kolmnurka ja 400 V toite puhul tähte. Samamoodi tähendab 400/690 V, et mootor töötab 400 V võrgus kolmnurga ja 690 V võrgus tähe ühendusega.

Oluline on meeles pidada, et sagedusmuundur ei tõsta sisendpinget. Kui mootor vajab 400 V pinget, peab kasutama ka 400 V väljundiga sagedusmuundurit. 230 V väljundiga sagedusmuundur ei suuda anda mootorile vajalikku pinget ning mootor ei saavuta oma täisvõimsust.

Kas valida võimsuse või nimivoolu järgi?

See on ilmselt üks kõige sagedasemaid küsimusi sagedusmuunduri valimisel. Kas lähtuda mootori kilovattidest või nimivoolust?

Vastus on lihtne: sagedusmuundur valitakse eelkõige mootori nimivoolu järgi.

Vaatame kolme 5,5 kW mootorit:

Nagu näha, on kõikide mootorite nimivõimsus sama – 5,5 kW –, kuid nimivoolud erinevad märgatavalt.

Põhjus on lihtne: sagedusmuundur juhib mootorit voolu järgi. Just vool määrab, kui palju koormust muundur peab suutma mootorile anda. Seetõttu tuleb sagedusmuunduri valikul alati vaadata kõigepealt mootori andmesildil olevat nimivoolu ja alles seejärel võimsust.

Võimsus annab küll hea orientiiri, kuid lõpliku valiku määrab nimivool.

 Normal Duty või Heavy Duty?

Kui mootori nimivool on teada, ei ole valik veel tehtud. Järgmisena tuleb vaadata, millises koormusklassis sagedusmuundur seda voolu suudab anda.

Enamik tootjaid pakub kahte koormusklassi – Normal Duty (ND) ja Heavy Duty (HD). Mitsubishi Electric on läinud samm edasi ning laiendanud valiku lausa nelja erineva koormusklassini.

Mida raskem on rakendus, seda suuremat ülekoormust peab sagedusmuundur lühiajaliselt taluma. Näiteks ventilaatori puhul ei ole tavaliselt vaja suurt käivitusmomenti, kuid tigukonveieri või tõsteseadme käivitamisel võib mootor vajada lühiajaliselt mitu korda suuremat voolu kui nimivool.

Seetõttu ei tasu sagedusmuundurit valida ainult mootori võimsuse järgi. Alati tuleb arvestada nii mootori nimivoolu kui ka rakenduse koormusklassiga. Nii saab valida sagedusmuunduri, mis ei tööta pidevalt oma võimete piiril ja peab aastaid vastu.

Kas tasub valida üks aste suurem sagedusmuundur?

Üsna levinud küsimus on, kas sagedusmuundur tasub valida varuga – näiteks valida 5,5 kW mootori jaoks 7,5 kW sagedusmuundur. Esmapilgul tundub suurem muundur turvalisem valik, kuid alati ei ole see parim lahendus.

Siinkohal ei saa üldistada kõikide tootjate lahendusi, kuid Mitsubishi Electric sagedusmuundurid on projekteeritud töötama väga täpselt vastavalt mootori nimiparameetritele. Kui sagedusmuundur on valitud mootori nimivoolu järgi ning rakendus vastab tootja koormusklassile, ei ole tavaliselt põhjust valida suuremat mudelit.

Üks põhjus on sagedusmuunduri sisemise mõõteahela täpsus. Sagedusmuundur peab mõõtma mootori voolu väga täpselt, sest selle põhjal toimub mootori juhtimine ja kaitse. Lihtsustatult võib öelda, et väga suure mõõtepiirkonnaga andur ei pruugi olla väikeste voolude mõõtmisel sama täpne kui väiksema piirkonnaga andur. Näiteks ei ole 100 A mõõteahel mõeldud kõige täpsemalt mõõtma 5 A suurusjärgus voole.

Seetõttu võib liiga suure sagedusmuunduri valimine mõnel juhul vähendada juhtimise täpsust, eriti kui kasutatakse täiustatud juhtimisrežiime nagu vektorjuhtimine.

Suurema sagedusmuunduri valimine võib olla põhjendatud olukordades, kus:

• mootor töötab ajutiselt suurema koormusega;
• käivitamisel esineb suuri voolupiike;
• koormus on tugevalt muutuv või raskesti hinnatav;
• on vaja kasutada suuremat ülekoormusvõimet.

Samas tuleb arvestada, et liiga suur erinevus mootori ja sagedusmuunduri suuruse vahel võib tekitada probleeme mootori automaatse häälestamise ehk autotuuningu käigus. Kui sagedusmuundur on mootori suhtes mitu astet suurem, võib mootori parameetrite tuvastamine ja vektorjuhtimise optimeerimine muutuda keerulisemaks.

Praktikas on hea lähtuda põhimõttest: vali sagedusmuundur mootori tegeliku nimivoolu ja rakenduse järgi, mitte lihtsalt varuga suurem mudel. Õigesti valitud sagedusmuundur tagab parema juhtimise, täpsema kaitse ning sageli ka väiksema investeeringu.

Kokkuvõtteks

Selles postituses käsitlesime mõningaid olulisemaid parameetreid, mida tuleks sagedusmuunduri valikul arvesse võtta – mootori pinget, toiteviisi, nimivoolu, koormusklassi ning sagedusmuunduri õiget dimensioneerimist.

Kindlasti jäi käsitlemata veel mitmeid teemasid. Näiteks erinevused tavapäraste asünkroonmootorite, püsimagnetmootorite (PM) ja sünkroonreluktantsmootorite (SynRM) juhtimisel, mootori juhtimine enkoodri tagasisidega ning paljud rakendusspetsiifilised nüansid.

Iga rakendus on erinev ning alati ei piisa ainult mootori võimsuse ja pingesildi vaatamisest. Õige sagedusmuunduri valik sõltub nii mootorist, koormusest, töörežiimist kui ka soovitud juhtimise täpsusest.

Kui jääd sagedusmuunduri valikuga hätta või ei ole kindel, milline lahendus sobib sinu rakendusele kõige paremini, võta meiega julgelt ühendust. Me ei müü lihtsalt sagedusmuundureid – me tunneme neid ja aitame valida lahenduse, mis päriselt töötab.