Przetwornice częstotliwości dużej mocy. Danfoss seria VACON 100

Seria VACON 100 jest trzecią generacją dostępnych na rynku od kilku lat przetwornic częstotliwości VACON, w wersji kompaktowej do mocy 160 kW/400 V (również 500 V i 690 V). Po zebraniu wieloletnich doświadczeń w produkcji przetwornic dużych mocy (seria VACON NX – dostępna do 2 MW) inżynierowie firmy Danfoss opracowali przetwornicę serii 100 ED (Enclosed Drive) w obudowie szafowej, rozszerzając jej moc do 630 kW dla napięcia 400 V (grupa napięciowa 400–500 V) oraz do 800 kW dla napięcia 690 V (grupa napięciowa 525–690 V) sieci TN oraz IT. Moduł sterowania, aplikacje sterujące, panel komunikacyjny, oprogramowanie narzędziowe dla przetwornic dużych mocy są takie same, jak w serii przetwornic kompaktowych.

W związku z tym użytkownik, który zna obsługę przetwornic kompaktowych tej serii, nie musi uczyć się obsługi przetwornicy nowego typu. Seria 100 większych mocy dostępna jest również w postaci modułów w obudowie IP00, przeznaczonych do instalacji we własnych szafach przez integratorów systemów.

Konstrukcja

Seria VACON 100 ED, podobnie jak seria NX oraz napędy VLT, zabudowana jest w wysokiej klasy szafach Rittal serii TS8 i dostępna w trzech wielkościach mechanicznych – szerokość 400 mm, 600 mm i 1200 mm (głębokość 600 mm, wysokość 2100 mm) o stopniach ochrony IP21 lub IP54 dla zasilania 6 i 12 pulsów.

Projektując przetwornice częstotliwości VACON 100 ED, przyjęto zasadę opracowania urządzenia maksymalnie zwartego (moc 315 kW/400 V udało się zamknąć w szafie o szerokości 600 mm, a 630 kW – w szafie o szerokości 1200 mm, dla 400 V), kompletnego pod względem wyposażenia i możliwości sterowania, jak również spełniającego restrykcyjne wymagania norm i przepisów UE w zakresie bezpieczeństwa i kompatybilności elektromagnetycznej EMC. Każda przetwornica VACON 100 ma wewnętrzny, sieciowy filtr RFI wysokich częstotliwości, spełnia m.in. wymagania normy PN-EN 61800-3 kategorii C3 i ma wszelkie niezbędne certyfikaty oraz świadectwa dopuszczające do pracy.

Dla redukcji wysokich harmonicznych prądu i napięcia, generowanych przez przetwornicę do sieci zasilającej, zastosowano wewnętrzny dławik DC. Redukcja harmonicznych zmniejsza straty cieplne transformatorów, generatorów i kabli zasilających, a także poprawia warunki zasilania innych urządzeń pracujących w tej samej sieci. Filtr RFI oraz dławik umieszczono w module mocy, którego obudowa jest metalowa, co dodatkowo redukuje zakłócenia promieniowane. Bardzo istotną innowacją jest wykorzystanie w obwodzie DC zamiast kondensatorów elektrolitycznych kondensatorów suchych – foliowych. Takie kondensatory nie wymagają formowania po długotrwałym braku napięcia, nie tracą pojemności z upływem czasu, nie wyciekają i nie są toksyczne dla środowiska, a co więcej, w porównaniu z kondensatorami elektrolitycznymi mają znacznie mniejsze straty.

Prawidłowe chłodzenie przetwornic jest bardzo istotnym elementem, niezbędnym w długowiecznej pracy. Do chłodzenia przetwornic 100 ED użyto nowego typu wentylatora DC, zgodnego z wymogami UE. Prędkość wentylatorów chłodzących jest dostosowywana do temperatury przetwornicy. Dzięki temu zwiększyła się niezawodność wentylatorów i zmniejszył się poziom hałasu emitowanego przez przetwornicę.

W serii VACON 100 przekonstruowano również sposób chłodzenia przetwornicy. Przepływ powietrza chłodzącego odbywa się nie przez całą szafę przetwornicy, a jedynie przez odseparowany od przetwornicy kanał wentylacyjny, znajdujący się w tylnej części szafy. W kanale umieszczono radiator części mocy oraz opcjonalne filtry silnikowe du/dt chroniące izolację uzwojeń silnika, filtry ferrytowe tzw. składowej wspólnej napięcia chroniące łożyska silnika przed elektroerozją i czoper hamowania.

W przypadku szafy o stopniu ochrony IP54 umożliwia to rezygnację z filtrów pyłowych powietrza. Dodatkowo dzięki takiej konstrukcji szafa, po dodaniu opcjonalnych kołnierzy wentylacyjnych, może być chłodzona w tzw. systemie back channel cooling w różnych konfiguracjach wlotu i wylotu powietrza chłodzącego. Aby poprawić odporność przetwornicy na trudne warunki pracy, np. dużą wilgotność, zapylenie czy agresywne środowisko, wszystkie karty elektroniki przetwornic częstotliwości VACON 100 są w standardzie lakierowane.

Ciekawym rozwiązaniem, jakie zastosowano w VACON 100 ED, jest fizyczne i galwaniczne odseparowanie przedziału mocy od przedziału sterowania. Przedział sterowania, w skład którego wchodzi moduł sterowania wraz z kartami wejść/wyjść, panel LCD użytkownika, dodatkowe aparaty i opcje sterowania, np. izometry, separatory, sterowanie wentylatorów obcych i grzałek silnika, listwy przyłączeniowe, gniazdo 230 V, przełączniki i lampki kontrolne i inne, są umieszczone w drzwiach głównych szafy.

Takie rozwiązanie zwiększa komfort i bezpieczeństwo użytkownika podczas prowadzenia prac rozruchowych i eksploatacyjnych. Przy pracującej przetwornicy, można wygodnie dokonywać pomiarów i przełączeń w sekcji sterowania, bez narażania się na pracę przy otwartych drzwiach głównych szafy i kontakt z napięciem niebezpiecznym. Duża liczba opcji umożliwia praktycznie dowolne konfigurowanie wyposażenia sekcji sterowania, w zależności od układu sterowania i wymagań klienta.

Przetwornice serii VACON 100 ED w standardzie wyposażone są w podstawę bezpiecznikową oraz w bezpieczniki szybkie. Opcjonalnie mogą mieć rozłącznik, stycznik i inne elementy.

Możliwości

Przetwornice serii VACON 100 ED, podobnie jak w serii kompaktowej, wyposażono w graficzny panel LCD z obsługą w języku polskim. Użytkownik może obserwować na panelu jednocześnie do dziewięciu wybranych parametrów pracy przemiennika, a dodatkowo można obserwować dwie wielkości mierzone w postaci wykresu trendów. W celu ułatwienia konfiguracji przetwornicy użytkownik ma do dyspozycji kilka kreatorów parametryzacji i uruchomienia. W procesie parametryzacji kreator programowania w logicznych krokach „prowadzi” użytkownika, zadając mu w języku polskim pytania umożliwiające zaprogramowanie przetwornicy bez zaglądania do dokumentacji technicznej.

Serię VACON 100 konstruktorzy w standardzie wyposażyli w rozbudowany zegar czasu rzeczywistego RTC. Przetwornica ma trzy niezależne timery, w których można oznaczyć pięć zdarzeń czasowych, wyzwalających odpowiednie działanie przetwornicy. Z przekaźników wyjściowych przemiennika można również korzystać tak, jak z niezależnych przekaźników czasowych, niezwiązanych (lub związanych) z pracą falownika. Zegar czasu rzeczywistego umożliwia również wprowadzenie stempla czasowego dla usterek zarejestrowanych w historii (pamięć 40 usterek).

Dla zapewnienia użytkownikowi bezpiecznej pracy przetwornica może zostać wyposażona w certyfikowane wejścia bezpieczeństwa, służące do bezpiecznego wyłączenia napędu STO (Safe Torque Off) i bezpiecznego zatrzymania napędu SS1 (Safe Stop 1). Zintegrowane również może być certyfikowane wejście termistorowe (ATEX) – konieczne, gdy przemiennik zasila silnik klasy Ex, umieszczony w strefie zagrożonej wybuchem.

Mimo iż aplikacja sterująca przetwornicy daje duże możliwości konfiguracji, użytkownikowi udostępniono dodatkowo do dyspozycji łatwy w programowaniu zintegrowany sterownik PLC, aby implementacja przemiennika był bardziej elastyczna. Programowanie logiki odbywa się za pomocą bezpłatnego programu komputerowego VACON Live. VACON Live służy również do parametryzacji, monitorowania, ładowania i zapisywania parametrów konfiguracyjnych.

Przetwornica ma ponadto wiele przydatnych funkcji, m.in. lotny start z detekcją kierunków wirowania silnika, automatyczne uśpienie, rozbudowana logika autorestartów, autoparametryzacja, autotuning silnika, kasowalne i niekasowalne liczniki czasu pracy, zużycia energii czy automatyczne dopasowanie napięcia magnesowania (strumienia) do obciążenia. Przetwornica potrafi wykryć zerwany pas transmisyjny, suchobieg pompy, utyk silnika, brak fazy wejściowej i wyjściowej, asymetrię prądów i inne braki czy usterki.

Przetwornice VACON 100 ED mogą pracować w temperaturze otoczenia nawet do 50 °C (dobór z dużą przeciążalnością). Aby w skrajnych przypadkach obciążenia i złej wentylacji przetwornicy nie doszło do przegrzania tranzystorów mocy IGBT, przetwornica sama dobiera optymalną wartość częstotliwości przełączania tranzystorów lub obniża częstotliwość wyjściową.

Nowoczesna konstrukcja i dobre wyposażenie nie wpłynęły negatywnie na cenę przetwornicy – rozsądnie skalkulowna cena końcowa umożliwia zastosowanie serii VACON 100 ED w każdej aplikacji. 

DANFOSS POLAND Sp. z o.o.
ul. Chrzanowska 5
05-825 Grodzisk Mazowiecki
tel. 22 755 06 68, fax 22 755 07 01
www.danfoss.pl/napedy

źródło: Automatyka 9/2017