1. Упознавање са фреквентним претварачем: физички изглед, енергетски и управљачки прикључци

Садржај:

Задатак вежбе: 1

Вежба 1а. - Упознати се са физичком изгледом фреквентног претварача. 1

Теоријски део. 1

Основни подаци о уређају: 3

Вежба 1б. - Уочити енергетске и управљачке прикључке фреквентног претварача. 3

Теоријски део. 3

Енергетски прикључци. 4

Управљачки прикључци. 5

Рад у лабораторији. 9

Задатак вежбе:

а) Упознати се са физичком изгледом фреквентног претварача.

б) Уочити енергетске и управљачке прикључке фреквентног претварача. Проверити да ли су прикључци фреквентног претварача правилно повезани са одговарајућим прикључцима на прикључну плочицу.

Вежба 1а. - Упознати се са физичком изгледом фреквентног претварача.

Теоријски део

Фреквентни претварач је уређај који управља бројем обртаја стандардног индустријског трофазног асинхроног мотора, пропорционално улазном сигналу задате вредности, а у циљу контроле и регулације рада мотора. Често у пракси термини “управљање” и “регулација” буду поистовећени. Термин “управљање” рада мотора подразумева процес при ком је задата референца брзине управо тражена брзина мотора, док ”регулација” подразумева постојање повратне спреге у погону која омогућава задавање сигнала на основу референце брзине и повратног сигнала, све док се не постигне жељена брзина. У најранијем периоду фреквентни претварач су били гломазни уређаји (слика 1a) монтирани у великим разводним орманима и захтевали су присуство човека у циљу управљања погоном. Данас су фреквентни претварачи компактни уређаји смештени у веома мало кућиште са сопственим хлађењем (слика 1б).

а) Фреквентни претварач (старији тип)

б) Фреквентни претварачи (новији типови)

Принципски се ништа значајно није променило, међутим данашњи фреквентни претварачи могу бити потпуно аутоматизовани у вођењу електромоторног погона. Лако се повезују са PC-ем, програмабилни су, нуде многе функције за потпуну контролу и заштиту мотора и могу да врше мерење и надзор као и меморисање параметара при раду мотора. Фреквентни претварач нуди и многе друге функције као што су заштитне функције (преоптерећење, кратак спој, поднапон, земљоспој…), функције меког стартовања и заустављања, унапред подешених брзина и др. Примена фреквентног претварача доноси и низ предности: штедња енергије, оптимизација процеса, „мекан“ рад машине, мањи трошкови одржавања и побољшано радно окружење.

Брзина асинхроног мотора је пропорционална фреквенцији напона на који је прикључен, па је промену брзине могуће једноставно остварити променом фреквенције. Са применом фреквентног претварача остварује се пуна контрола брзине уз задовољење потребе за моментом при свим брзинама обртања, остварују се значајне уштеде у потрошњи електричне енергије нарочито код вентилатора и пумпи где је утрошена енергија сразмерна квадрату брзине. Такође се у самом процесу остварују уштеде материјала и смањује се хабање производних машина чиме се штеди на одржавању система, омогућава се мекан рад машине што се огледа у мањем броју потреба за заустављањем и поновним покретањем машине и значајно се смањује загађење у виду буке.

Основни подаци о уређају:

Altivar 31 је фреквентни претварач произвођача Telemecanique намењен за регулацију рада и управљање трофазних асинхроних мотора снаге до 1,5 kW (2 KS), напона напајања у опсегу од 380 V до 500 V и за називну фреквенције 50/60 Hz.

Фреквентни претварач Altivar 31

Улазне величине енергетског напајања уређаја су:

- максимална линијска струја при 380 V је 6,4 А,

- једносекундна струја 5 kA,

- привидна снага 4,2 kVA

- полазна струја 10 A

Излазне енергетске величине уређаја су:

- номинални напон у опсегу 380 V до 500 V

- номинална струја 4,1 A

- транзијентна (у трајању од 60 секунди) струја 6,2 A

Вежба 1б. - Уочити енергетске и управљачке прикључке фреквентног претварача.

Теоријски део

По отварању поклопца предње стране уређаја уочљиве су две различите врсте прикључака:

- енергетски прикључци

- управљачки прикључци

Ови прикључци су изведени на одговарајуће место у ормару и на прикључну плочицу о којој ће бити речи касније.

Енергетски прикључци

Могу се поделити на три групе:

1. улазни, за повезивање уређаја на трофазно напајање
2. прикључци међукола
3. излазни, за прикључивање мотора

Енергетски прикључци

1. Улазни прикључци
Ознака	Опис
	Уземљење
R/L1 S/L2 T/L3	Мрежно напајање

2. Прикључци међукола
P0	+ пол прикључка једносмерног међукола
PA/+	+ пол прикључка отпорника за кочење
PB	- пол прикључка отпорника за кочење
PC/-	- пол прикључка једносмерног међукола

3. Излазни прикључци
Ознака	Опис
U/T1	Прикључци мотора
V/T2
W/T3
	Уземљење

Ови прикључци су у ормару изведени у виду банана прикључака и то улазни су црни док су излазни црвени. Испод њих се налазе прикључци једносмерног међукола редоследом којим су и овде наведени. На шеми уређаја се види, а и мерењем је могуће установити да су прикључци P0 и PA/+ краткоспојени. Са прикључака једносмерног међукола се може скидати једносмерни напон око 580 V . Овај напон је прилично стабилан без обзира на режим рада уређаја. Уређај може обављати своју функцију и без мрежног напајања ако се на ове прикључне крајеве доведе једносмерни напон поменутог напонског нивоа.

Отпорник за кочење без кућишта

Прикључке отпорника за кочење је могуће користити када се жели заустављање машине при чему се енергија ослободи у виду топлоте.

Управљачки прикључци

Управљачки прикључци намењени су за управљање уређајем преко дигиталних (логичких) и аналогних улаза. Преко својих аналогних излаза дају вредности изабраних параметара. Ови прикључци су изведени на прикључну плочицу уређаја.

Управљачки прикључци

Појмови који су коришћени у следећој табели имају следећа значења:

1. Прогамибилни релеј – представља релеј са могућношћу додељивања различитих функција.

2. Аналогни напонски улаз (излаз) – на улазе (излазе) се доводи (одводи) континуално променљиви напонски сигнал.

3. Аналогни струјни улаз (излаз) - на улазе (излазе) се доводи (одводи) континуално променљиви струјни сигнал.

4. Логички улаз (излаз) – на улазе (излазе) се доводи (одводи) дигитални сигнал. Дигитални сигнал се може представити наизменичном секвенцом високих и ниских вредности напонских сигнала (0 и 1). Пример дигиталног сигнала су стања прекидача (укључен или искључен).

Функције појединих прикључака су дате у следећој табели:

Прикљ.	Функција	Електричне особине
R1A R1B R1C	Програмибилни (могу му се доделити различите функције) релеј са два контакта и то R1A-R1C нормално отворени (радни), R1B-R1C нормално затворени (мирни) при чему је R1C заједничка тачка ових контаката. Прикључни крајеви за побуду релеја не постоје, већ је релеј програмибилан и активирање релеја се врши одређеном функцијом у самом релеју, тј услови при којима ће релеј реаговати подешавају се програмски.	- Минимална струјна оптеретивост 10 mA при 5 V DC, - Максималнo струјнo оптерећење при чисто активном оптерећењу 5A при 250V AC и 30V DC, - Максимална струјна оптеретивост при реактивном оптерећењу (cos j =0,4 и L/R=7 ms) је 1,5 A при 250 V AC и30 V DC, - Време семпловања 8 ms, - Радни век 10000 окидања при максималним условима и 1000000 при минималним условима
R2A R2C	Програмибилни релеј са нормално отвореним контактом.
COM	Заједничка тачка аналогних улаза и излаза.	На потенцијалу од нула волти
AI1	Аналогни напонски улаз.	Униполарни аналогни улаз 0-10 V (максимални дозвољени напон 30V) - импеданса 30 kΩ - резолуција 0.01V, 10-то битни конвертор, - време семпловања 8ms
10V	Интерно напајање потенциометра 1-10 kΩ Интерно напајање представља извор једносмерног напајања који постоји на фреквентном претварачу између прикључака 10V и COM и користи се за напајање потенциометра, односно стварање напонске референце одређене величине којом се управља (фреквенција).	+ 10 V (+8%-0) 10mA максимално, заштита од кратког споја и преоптерећења.
AI2	Аналогни напонски улаз.	Биполарни аналогни улаз 0-10 V (максимални дозвољени напон ±30 V). Знак напона утиче на смер операције. - импеданса 30 kΩ - резолуција 0.01V, 10-то битни конвертор, - време семпловања 8ms
AI3	Аналогни струјни улаз.	Аналогни улаз X-Y mA. X и Y се могу подесити у опсегу 0 – 20 mA. - импеданса 250 Ω - резолуција 0,02 mA, 10-то битни конвертор, - време семпловања 8ms
АОV	Аналогни напонски излаз.	Аналогни излаз 0-10 V, минимално оптерећење 470 Ω, резолуција бита, време семпловања 8ms
AOC	Аналогни струјни излаз.	Аналогни излаз X-Y mA. X и Y се могу подесити у опсегу 0-20 mA, максимална импеданса оптерећења 800 Ω, резолуција 8 бита, време семпловања 8ms. Овај аналогни излаз се може подесити као логички излаз на 24 V при минималном оптерећењу од 1,2 kΩ.
24V	Интерно напајање за логичке улазе	+24 V заштићено од кратких спојева и преоптерећења, минимални напон 19 V, максимални 30 V, максимална доступна струја 100 mA
LI1÷LI6	Програмибилни логички улази.	- +24 V напајање (максимално дозвољено 30 V) - Импеданса 3,5 kΩ - Стање 0 ако је напон <5 V, стање 1 ако је напон >11 V (разлика напона између LIx и CLI) - Време семпловања 4 ms
CLI	заједничка тачка (маса) логичких улаза	На потенцијалу од нула волти.
RJ45	прикључак за повезивање комуникације	modbus, CANopen

Прекидач који се налази поред ових прикључака користи се за избор начина рада логичких улаза. Могу се изабрати три различита стања:

1. source (позитивна логика) где је заједничка тачка логичких улаза CLI на 0V. Уколико се жели да на логички улаз доведе логичка јединица потребно је тај улаз прикључити на позитиван напон у односу на CLI (не мора се користити напон унутрашњег извора уређаја, али се мора користити заједничка тачка CLI)

Напонски нивои логике

Под логичком јединицом уређај подразумева сваки једносмерни напонски сигнал већи од 11V , а ако је напон <5V на том улазу је логичка 0).

2. CLI „пливајућа“ логика, па тако да заједничка тачка логичких улаза нема фиксну вредност већ зависи од улаза

3. Sink (негативна логика) где је заједничка тачка логичких улаза на 24V а логичка јединица се доводи прикључивањем логичких улаза на 0V

Прикључна плочица за фреквентни претварач Altivar 31

У циљу што једноставније манипулације приликом прикључивања аналогних и логичких улаза и излаза, као и релејних прикључака исти су изведени на посебну прикључну плочицу са слике.

У десном делу плочице налази се шест прекидача са „банана“ прикључницама и одговарајућим LED диодама за индикацију логичког нивоа. Ови прекидачи симулирају рад електронских прекидачких елемената или микропрекидача и граничних прекидача који се у пракси користе у погону.

У доњем левом углу налази се потенциометар 10 kΩ са своја 3 извода које је потребно прикључити на одговарајуће „банана“ прикључнице изведене са Altivara 31 ради континуалне регулације брзине код 2-жичног управљања. Ради што једноставнијег повезивања које приликом вежби треба да обаве студенти „банана“ прикључнице потенциометра су распоређене непосредно испод прикључака +10V, AI1, COM на које се иначе везује потенциометар приликом 2-жичног управљања.

Прикључна плочица за фреквентни претварача Altivar 31

Електрична шема изведене плочице дата је на следећој слици. Кружићи у шеми представљају „банана“ прикључнице које се користе као изводи.

Елекртична шема прикључне плочице за фреквентни претварач Altivar 31

Везе извучене црвеним линијама представљају везе које студент треба да реализује да би на адекватан начин користио прикључке при 2-жичном управљању.

Рад у лабораторији

Поступак рада:

- Проверити да ли је фреквентни претварач одвојен од напајања.

- Отворити поклопац на предњој старни фреквентног претварача и уочити прикључне крајеве.

- Инструментом за мерење отпора проветити да ли су прикључци правилно повезани на одговарајуће прикључке помоћне плочице.