Inteligentne skrzynki

Innowacyjne rozwiązania w układach prądu przemiennego

Odpowiednie układy sterowników kontrolują prędkość, moment obrotowy, kierunek obrotów oraz wyjściową moc silników indukcyjnych prądu przemiennego (AC). Ich zdolność do łagodnego rozruchu i wyhamowania maszyny przyczynia się znacząco do redukcji zużycia energii elektrycznej oraz kosztów utrzymania takich napędów. 

Seria sterowników FX 4000 ze sterowaniem wektorem strumienia firmy Danaher, zawiera inteligentne moduły z tranzystorami IGBT piątej generacji, zapewniające mniejsze straty i ulepszone procedury zabezpieczeń przed

zwarciami, spadkami napięć i przegrzaniem. W ich skład wchodzi również sterownik jednoosiowy, realizujący sterowanie prędkością i położeniem (droga kątowa) wału silnika

Do sterowania silnikami indukcyjnymi prądu przemiennego wykorzystuje się obecnie trzy rodzaje sterowników: układy sterowania skalarnego napięcie/ częstotliwość (V/ Hz), układy wektorowe bez enkodera oraz układy ze sterowaniem wektora strumienia. Podczas gdy do napędów synchronicznych czy serwonapędów dostępnych jest wiele rodzajów sterowników, w przypadku silników indukcyjnych możliwe jest stosowanie jedynie tych trzech, wspomnianych wyżej. W branży popularne jest również pojęcie „układów bez czujnika”, oznaczające tzw. układy bez enkodera, jednakże lepiej opisujące zasadę ich działania. Sterowniki takie działają w układzie otwartej pętli sterowania, nie wykorzystują bowiem żadnych prądniczek tachometrycznych czy tzw. enkoderów, generujących sygnał informacji o prędkości lub położeniu wału silnika. Układy sterowników ze sterowaniem wektora strumienia zapewniają znacznie bardziej dokładną regulację prędkości napędu, niż wspomniane wcześniej układy bez enkodera. Zastosowane w nich tachoprądnice lub enkodery cyfrowe pozwalają uzyskać wyższy poziom kontroli nad prędkością i innymi parametrami napędów.

Podstawowe zagadnienia:

• Rosnące koszty energii w znacznym stopniu decydują o konieczności zakupu napędów prądu przemiennego.
• Uproszczone programowanie i możliwości komunikacji sieciowej przyczyniają się do rozwoju branży napędów prądu przemiennego.
• Wydajność, jakość energii i cena będą podstawowymi czynnikami wpływającymi na rozwój rynku napędów prądu przemiennego w najbliższej przyszłości.

– Najważniejszym czynnikiem decydującym o zakupie nowoczesnego układu sterowania napędami prądu przemiennego są wciąż rosnące koszty energii elektrycznej, związane bezpośrednio ze zwyżkującymi kursami cen ropy naftowej – przyznaje Mark Kenyon, kierownik produkcji i marketingu w dziale napędów małych mocy w firmie ABB. Zwyżka ta ma bezpośredni i niemal natychmiastowy wpływ na ceny energii, wymuszając na producentach działania zmierzające do pomiarów i ograniczenia jej zużycia przez napędy elektryczne. Sterowniki do napędów prądu przemiennego małej mocy dostarczają wyraźnych oszczędności energetycznych dla silników wykorzystywanych w przedsiębiorstwach produkcyjnych, zużywających znaczne ilości energii elektrycznej.

Znaczenie harmonicznych

Wraz ze wzrostem zastosowań napędów prądu przemiennego wzrastać będzie również liczba harmonicznych przebiegu prądu w sieci zasilającej, wprowadzając ich dodatkowe odkształcenia do i tak już nadmiernie obciążonej sieci. W ostateczności może to doprowadzić producentów do stanu, w którym będą musieli kupować takie napędy, które pozwolą na ograniczenie lub złagodzenie procesów generacji harmonicznych – dodaje Mark Kenyon. Przebiegi harmoniczne napięcia i prądu powstają na skutek nieliniowego obciążenia przyłączonego do systemu zasilającego. Stosowane powszechnie w różnego typu układach elektronicznych, w tym również sterownikach napędów prądu przemiennego, przekształtniki energoelektroniczne zwiększają zaburzenia harmoniczne poprzez wprowadzanie przebiegów harmonicznych prądu bezpośrednio do sieci elektrycznej. Nadmierna ilość harmonicznych może spowodować przegrzewanie się transformatorów, kabli, silników generatorów oraz kondensatorów przyłączonych do tego samego źródła zasilania co urządzenie generujące harmoniczne. W celu zmniejszenia ilości harmonicznych generowanych przez sterowniki napędów prądu przemiennego, firma ABB wprowadziła do swoich układów wewnętrzny dławik o 5% impedancji w obwodzie pr ądu stałego przekształtnika oraz 3% w obwodzie pr ądu przemiennego. Jest to obecnie rozwiązanie standardowe dla sterowników silników o mocach od 700 W do 2,2 MW. Rodzina sterowników ACS8000 tej firmy, charakteryzujących się szczególnie niskim współczynnikiem generacji harmonicznych, spełnia wymagania normy IEEE 519-1992. Sterowniki te wykorzystują tzw. przekształtniki aktywne, eliminujące harmoniczne wyższych rzędów, oraz dodatkowo aktywne filtry liniowe typu LCL, ograniczaj ące harmoniczne o częstotliwościach powyżej 1 kHz.

Firma Baldor wykorzystuje zarówno aktywne, jak i pasywne techniki redukcji harmonicznych. Według Jeffa Lovelace’a, specjalisty od marketingu dzia łu sterowników napędów w firmie Motors, Drives and Generators, dla standardowych napędów 6-pulsowych harmoniczne mogą stanowić nawet 80% przebiegu przy pe łnym obciążeniu. Dzięki zastosowaniu prostego 3% d ławika, udział ten spada do ok. 40%. – W naszych rozwiązaniach oferujemy dwie metody redukcji harmonicznych. Pierwsza z nich to pasywny filtr harmonicznych, zainstalowany na wejściu sterownika. Redukuje on ilość harmonicznych o 10% do 15%. Dodatkowo stosujemy też filtr aktywny, który może również zmniejszyć ich ilość – mówi Jeff Lovelace.

Firma Schneider Electric oferuje technologię aktywnego monitoringu harmonicznych, zwaną AccuSine, która na bieżąco monitoruje zaburzony sygnał elektryczny i niejako „wycina” jego harmoniczne przez wprowadzenie prądów do nich przeciwnych. Firma oferuje równie ż techniki pasywne redukcji harmonicznych oraz transformatory z przesuwaniem fazy i 18-pulsowe mostki diodowe. Z kolei firma Yaskawa Electric America stosuje mostki 12- i 18-pulsowe oraz elementy pasywne, takie jak dławiki w obwodach prądu stałego przekształtników.  

PowerFlex 70 firmy Rockwell Automation to sterownik ze sterowaniem wektorem strumienia, oferujący opcjonalnie możliwość komunikacji przez sieci standardów DeviceNet, ControlNet and Ethernet oraz wyposażony w funkcje integracyjne do większego systemu sterowania. Może na przykład automatycznie wysłać parametry sterownika do układów PLC lub też samoczynnie zmieniać konfigurację sterownika, gdy uszkodzony napęd został zamieniony na nowy

Programowanie

Sterowanie wartością momentu obrotowego, prędkością zerową, funkcje dynamicznego hamowania i regeneracji linii zasilania – to wciąż najpopularniejsze czynniki uwzględniane przy zakupie sterowników napędów prądu przemiennego. Jednak że dziś dwie najważniejsze kwestie związane z rozwojem tej branży, to możliwość programowania lub łatwego załączania i wyłączania oraz komunikacja sieciowa sterownika. Najwięksi producenci napędów oferują specjalne, przenośne klawiatury, umożliwiające dystrybutorom, producentom urządzeń specjalizowanych oraz użytkownikom końcowym szybkie uruchomienie sterowników i napędów. Jednak że tego typu klawiatury to nic nowego w branży napędów prądu przemiennego. Podobne rozwiązania znane były już na początku ubiegłego stulecia i podlegały ciągłym przemianom w latach późniejszych; zwiększały się ich możliwości, funkcjonalność i elastyczność. Zastosowanie takich klawiatur ułatwia programowanie i zwiększa efektywność działań obsługi. Zazwyczaj są one wyposażone w funkcję kopiowania, umożliwiającą przenoszenie parametrów i ustawień z jednego napędu do drugiego. Niektóre klawiatury mają również tzw. asystentów procedur uruchamiania, zarządzania i rozwiązywania prostych problemów eksploatacyjnych, prowadzących użytkownika krok po kroku przez procesy konfiguracji i obsługi napędu. Przydatnymi funkcjami są także wbudowany zegar czasu rzeczywistego oraz rejestracja sygnałów błędów, która może posłużyć jako historia (obraz) funkcjonowania napędu w razie wystąpienia awarii (ułatwiona diagnostyka).

 Większość sterowników napędów prądu przemiennego ma przenośną klawiaturę, przyspieszającą wybór żądanego parametru pracy napędu, programowanie i nastawy. W ostatnim czasie firma ABB zaoferowała moduł FlashDrop, umożliwiający ustawianie parametrów bez konieczności wyłączania zasilania napędu. Sterownik może zostać zaprogramowany przez wsunięcie modułu FlashDrop w odpowiednie złącze na obudowie sterownika

Sterownik o symbolu H2 oferowany przez firmę Baldor ma moduł przenośnej klawiatury z wbudowaną pamięcią. Dzięki temu może przechowywać tabele danych dla czterech parametrów napędu i następnie przesyłać je do innych urządzeń. Z kolei najnowszy moduł klawiatury firmy Mitsubishi może przechowywać dane oddzielnie dla czterech napędów. Firma Rockwell Automation wprowadziła ostatnio do swojej oferty bezprzewodowy moduł interfejsu i oprogramowanie o nazwie Pocket DriveExplorer, umożliwiające użytkownikom dostęp do sterowników poprzez bezprzewodowe urządzenia przenośne. W odnowionej linii sterowników ACS150 firmy ABB jako opcja może znaleźć się technologia FlashDrop. Przyspiesza ona w sposób znaczący wybór i ustawienie parametrów pracy napędu dla większości przenośnych modułów programowania. – Co istotne, procedury te mogą odbywać się bez konieczności wyłączania zasilania napędu – podkreśla Jukka Nurmi, kierownik produktów w dziale sterowników i napędów do sieci niskich napięć w firmie ABB. W rzeczywistości nie jest tu konieczne nawet rozpakowywanie sterownika. Sonda modułu FlashDrop wsuwana jest w odpowiednie złącze na obudowie sterownika. Proces programowania, zwłaszcza skomplikowanych funkcji sterowników, ułatwiają też różnego rodzaju tzw. kreatory ustawień, zaprogramowane wcześniej w pamięci sterownika aplikacje oraz pakiety oprogramowania z poziomu komputerów PC. Tego typu funkcjami mogą pochwalić się następujący producenci sterowników i napędów: Eaton, Baldor, Mitsubishi, Rockwell Automation, Yaskawa, AutomationDirect czy Emerson.

Na przykład sterowniki firm Emerson i Mitsubishi są tak skonfigurowane, by pokazywać pierwsze 10 parametrów, które są wystarczające dla większości popularnych aplikacji. Z kolei sterowniki firm Danaher, AutomationDirect oraz Yaskawa mają ustawione fabrycznie parametry w ten sposób, by nie było konieczne ich programowanie dla popularnych, podstawowych aplikacji (np. praca jako

zwykły silnik, z analogową regulacją prędkości). W wielu przypadkach rola użytkownika ogranicza się jedynie do konieczności wprowadzenia do sterownika informacji z tabliczki znamionowej napędu, gdy stosowany jest niestandardowy silnik.

Niektóre sterowniki mogą być niezwykle skomplikowane. Większość ma dostępnych około 350 parametrów do sterowania pracą silników indukcyjnych. Niektóre sterowniki mają jedynie od 30 do 50 parametrów, a inne, jak na przykład sterownik A700 firmy Mitsubishi, aż 700. Jednakże stosowanie podobnej liczby parametrów dla jak największej liczby sterowników ułatwia ich programowanie, podobnie jak zastosowany w sterowniku A700 system automatycznego dostrojenia, umożliwiający samoczynne dostrojenie parametrów sterownika do konkretnego obsługiwanego napędu. – Zazwyczaj pierwsze 10 parametrów sterownika to podstawowe wielkości, których ustawienie wystarcza do uruchomienia napędu – stwierdza Chris Cusick, menedżer sprzedaży grupy produktów VFD firmy Mitsubishi Electric Automation. – W naszych produktach zawsze zachowujemy grupy parametrów w tych samych miejscach ogólnej listy parametrów sterownika, dlatego też użytkownik, który zetknął się z produktami firmy Mitsubishi nawet sprzed 20 lat, stwierdza, ze znany mu parametr o numerze 7 dalej oznacza to samo.

Firma Mitsubishi oferuje również pakiet oprogramowania o nazwie FR-Configurator, umożliwiający użytkownikowi ustawienie żądanych parametrów sterownika z laptopa lub ominięcie wybranych, używanych już parametrów. Ustawienia są zmieniane zależnie od informacji z napędu, od ustawionych współczynników przyspieszenia (RAMP) oraz rodzaju obciążenia. Alarmy dotyczące parametrów pracy sterownika są realizowane i sygnalizowane automatycznie, bez konieczności znajomości ich numerów. Proponowany przez firmę Baldor pakiet Mint Workbench v5.5 z łatwością przeprowadza użytkownika przez proces ustawiania niezbędnych parametrów. W tym celu w pakiecie zintegrowano również moduł prostego oscyloskopu cyfrowego, ułatwiającego ostateczne dostrojenie np. pętli kontroli prędkości i prądu w napędzie.

Moduł FlashDrop firmy ABB może być podłączony do komputera PC, uzyskując dodatkowe możliwości związane z przechowywaniem danych. Dzięki takiemu połączeniu zbiory parametrów mogą być tworzone lub edytowane z wykorzystaniem interfejsu graficznego komputera PC.

Firma Yaskawa dostarcza bezpłatne narzędzie programowe Drive Wizard dla środowiska komputerów PC, służące do konfigurowania, uruchamiania i zarządzania sterownikami napędów. Pakiet ten pozwala na obsługę sterowników, zmianę ich parametrów oraz pobieranie, monitorowanie i prezentację graficzną wybranych parametrów pracy napędu.

W jednym ze swych najnowszych produktów, sterowniku Altivar 71, firma Schneider Electric zaaplikowała program Simply Start. Zapewnia on szybki dostęp do kilku ostatnio zmienianych parametrów sterownika oraz proste dojście do przycisków regulacji prędkości napędu. Z kolei program konfiguracyjny firmy AutomationDirect – Gsoft – oferuje serię funkcji o nazwie DURApul, umożliwiających schematyczny widok napędu oraz wyświetlających trendy zmian parametrów napędu, ułatwiając jego dostrojenie do danej aplikacji. – Ułatwienie procesów programowania sterowników nie jest konieczne we wszystkich przypadkach. Zależy to od rodzaju aplikacji oraz typu wykorzystywanego napędu – stwierdza Tim Schumann, inżynier korporacji SEW Eurodrive. – Jeżeli na przykład dana aplikacja to taśmociąg, programowanie jest stosunkowo proste. Jeżeli zaś mamy do czynienia z systemem sterowania pozycyjnego silnika, parametry uzależnione są od wymaganej wartości momentu obrotowego oraz komunikacji i wymiany sygnałów pomiędzy sterownikiem a innymi urządzeniami zewnętrznymi i w tedy sytuacja nieco się komplikuje – wyjaśnia.

Komunikacja sieciowa

Większość producentów sterowników napędów prądu przemiennego wyposaża je w funkcję komunikacji sieciowej. Istnieje wiele sposobów doprowadzania sygnałów zewnętrznych do i ze sterownika, jednakże najpopularniejsze są wciąż obwody niskiego napięcia 0–10 V DC oraz prądów 4–20 mA, szczególnie jako środek do przesłania informacji o szybkości i momencie obrotowym napędu. W ostatnim czasie wzrasta jednak coraz bardziej popularność standardu Ethernet oraz innych standardów komunikacji sieciowej, takich jak DeviceNet, RS485, Modbus, BACnet, Lon-Works, Profibus, ProfiNet, Interbus i CANopen. Czynnikami decydującymi o ich coraz większej popularności w tej branży jest ograniczenie ilości niezbędnych kabli, łatwa koordynacja całego systemu sterowania procesami technologicznymi, potrzeba szybkiego wyprowadzenia diagnostycznych sygnałów zwrotnych z informacjami o stanie napędu i możliwościach jego konfiguracji przez sterowniki PLC. Pełna automatyzacja procesów oraz synchronizacja maszyn wymuszają konieczność wzajemnej współpracy wielu napędów.

Firma Baldor zaaplikowała ostatnio do swoich sterowników opcję wbudowanego Web serwera. Dzięki takiemu rozwiązaniu sieć komputerowa może być przyłączona bezpośrednio do sterownika, umożliwiając podgląd jego parametrów przy użyciu standardowej przeglądarki internetowej (np. Internet Explorer lub Netscape). Przy tym nie jest wymagany żaden specjalizowany interfejs komunikacyjny, a tylko standardowy kabel kat. 5. Parametry sterownika mogą być zapamiętywane i edytowane, sprawdzić można również aktualny stan pracy sterowanego napędu. – Wraz ze wzrostem popularności sieci komputerowych i oprzyrządowania sieciowego, łącza stają się tańsze i bardziej niezawodne w stosunku do rozwiązań konwencjonalnych, dostarczając cennych informacji i zapewniając większą funkcjonalność napędów – przyznaje Ivan Spronk, kierownik działu napędów prądu przemiennego w firmie Schneider Electric.

Napęd elektryczny ze sterownikiem przyłączonym do sieci może być obserwowany, monitorowany, a nawet zresetowany z dowolnego miejsca na ziemi, oczywiście tam ,gdzie jest dostęp do sieci komputerowej.

– Podstawowe czynniki, jakie należy uwzględnić przy decyzji o podłączeniu sterownika napędu do sieci, to koszt podłączenia pojedynczego węzła sieci (pojedynczy sterownik) oraz koszt niezbędnych kart sieciowych – twierdzi Mark Kenyon z firmy ABB.

 Dzisiejsze pokolenie ludzi młodych, używających powszechnie komputerów, i-podów, odtwarzaczy DVD i telefonów komórkowych, będzie wymagać w przyszłości od urządzeń przemysłowych tego samego

poziomu łatwości użytkowania, do jakiego już się przyzwyczaiło.

W przypadku gdy chcemy sterować 10 napędami i ich podstawowymi parametrami, takimi jak zadawanie prędkości, start/stop, obroty w przód/w ty ł, oraz umożliwić dostęp do jednego wyjściowego sygnału analogowego, potrzebne będą przynajmniej trzy przewody dla toru zadawania prędkości (masa, sygnał referencyjny, ekran), jeden przewód dla funkcji start/stop, jeden dla funkcji regulacji kierunku obrotów, jeden przewód masy dla obwodów cyfrowych i dwa przewody dla sygnału wyjścia analogowego. W sumie 8 przewodów. Biorąc pod uwagę, że koszt przeciągnięcia i ułożenia pojedynczego przewodu to około 100 zł, czyli około 800 zł dla jednego napędu i 8000 zł dla dziesięciu napędów. Dla porównania, przy połączeniu sieciowym koszty instalacji kabla pary skręconej dla jednego napędu to około 300 zł, czyli około 3000 zł dla układu 10 napędów. Osobna kwestia to koszt karty sieciowej dla ka żdego z napędów, odniesiony do kosztów samego sterownika. I choć ceny kart sieciowych obniżają się radykalnie, to jednak wciąż dla napędów o niewielkich mocach mogą być one porównywalne z ceną odpowiedniego dla nich sterownika. Stosunek ten zmienia się na korzyść kart sieciowych wraz ze wzrostem mocy napędów, jakie mają być przyłączane do sieci. Komunikacja sieciowa jest wi ęc bardzo dobrym rozwiązaniem, gdy chcemy połączyć ze sobą wiele napędów i sterować nimi jako grupą, z informacjami zwrotnymi o stanie procesu sterowania, podczas gdy zastosowanie sieci do sterowania jednym napędem to raczej rozwiązanie nieekonomiczne, wziąwszy pod uwagę koszt realizacji połączenia sieciowego w stosunku do tradycyjnych linii kablowych.

 Przedstawione na zdjęciu sterowniki napędów prądu przemiennego obsługują zawory motylkowe, sterujące natężeniem i przepływem uzdatnionej wody chłodzącej, do urządzeń klimatyzacyjnych w Toronto w Kanadzie. Woda o temperaturze 3,9oC pobierana jest z dna jeziora Ontario i przesyłana do stacji uzdatniania Toronto Island Water Filtration Plant, w celu jej oczyszczenia. Po uzdatnieniu woda transportowana jest z kolei do wymienników ciepła i wykorzystywana do obniżenia temperatury wody wykorzystywanej w miejskim systemie klimatyzacji budynków mieszkalnych

Aplikacje napędów prądu przemiennego

Najlepszy i największy obszar zastosowań regulowanych napędów prądu przemiennego to maszyny pracujące przez dłuższy czas przy częściowym, niepełnym obciążeniu. Zastosowanie takich napędów powinno być brane pod uwagę przy:

• projektowaniu nowych urządzeń, zakładów, 
• modyfikacjach istniejących już instalacji lub procesów przemysłowych, 
• zakupach gotowego, standardowego sprzętu, 
• wymianie przewymiarowanych lub niedociążonych napędów, 
• wprowadzaniu procedur zarządzania energią w zakładzie lub programów profilaktyki i utrzymania ruchu.

Najpopularniejsze sterowniki stosowane w napędach o niewielkich mocach to sterowniki z otwartą pętlą lub stałym stosunkiem napięcia do częstotliwości. Ogólnie, standardowe układy sterowania skalarnego napięcie/częstotliwość (V/Hz) stosowane są wszędzie tam, gdzie dopuszczalna jest odchyłka regulacji prędkości o 1%, gdzie zmienia się obciążenie i moment obrotowy, w aplikacjach, gdzie prędkość napędu dochodzi do 10 000 obr./min oraz w aplikacjach niewymagających zakresu zmian prędkości większego niż 10:1 lub też gwałtownych reakcji napędu na zmiany parametrów. Sterowniki typu V/Hz stanowią właściwe rozwiązanie dla mniej wymagających aplikacji, takich jak pompy, wentylatory, urządzenia HVAC (klimatyzacja, wentylacja) czy wszelkiego rodzaju taśmociągi itp. Ten typ sterowników jest konieczny w układach wielonapędowych.

Sterowniki wektorowe bez enkoderów umożliwiają pracę ze 100% momentem obrotowym nawet przy obniżeniu częstotliwości do 1 Hz, co zwiększa szerokość dopuszczalnego zakresu zmian prędkości napędu. Powszechnie stosowane są one w popularnych aplikacjach, nawet takich,

gdzie możliwe jest stosowanie wspomnianych już wcześniej sterowników typu V/Hz. Jednakże najlepiej sprawdzają się w bardziej wymagających aplikacjach, szczególnie tam, gdzie wymagany jest wyższy moment obrotowy (prasy, wytłaczarki, podnośniki itp.).

– Sterowniki napędów prądu przemiennego bez enkodera są zazwyczaj wykorzystywane w aplikacjach, gdzie potrzebny jest moment obrotowy przy bardzo małych prędkościach, jednakże nie tam, gdzie prędkość obrotowa jest zerowa – stwierdza Jeff Lovelace. – Na pewno nie mogą być stosowane w układach wielonapędowych.

– Sterowniki tego typu stanowią około 80% wszystkich aplikacji regulacji napędów prądu przemiennego – przyznaje Ivan Spronk. Dzisiejsze sterowniki, pracujące w trybie bez enkoderów i współpracujące z napędami prądu przemiennego, wyposażone w skomplikowane algorytmy programowe oraz bardzo szybkie mikroprocesory, mogą zaoferować bardzo precyzyjną regulację prędkości obrotowej i dostarczyć wysoki moment obrotowy przy małych prędkościach. Dotychczas było to możliwe tylko przy sterowaniu w układzie zamkniętym (zamknięte pętle sprzężenia zwrotnego). Fakt ten przynosi znaczne oszczędności, wynikające z wyeliminowania układów enkoderów wraz z towarzyszącym im okablowaniem oraz redukcję kosztów instalacji i utrzymania takiego napędu.

Sterowniki ze sterowaniem wektora strumienia stosowane są w aplikacjach wymagających precyzyjnej regulacji prędkości obrotowej napędu. Zamknięty układ sterowania wektorem strumienia wymaga użycia pętli sprzężeń zwrotnych opartych na takich urządzeniach, jak prądnice tachometryczne lub enkodery, przymocowane do wału maszyny i generujące sygnał proporcjonalny do jego prędkości. W przypadku sterowników tego typu możliwe jest uzyskanie 100% momentu obrotowego przy nieruchomym wale maszyny, przy jednoczesnej, bardzo precyzyjnej regulacji prędkości i dynamicznej odpowiedzi napędu na szybkie zmiany obciążenia. Dlatego też sterowniki

ze sterowaniem wektora strumienia przeznaczone są do wszelkiego typu aplikacji, gdzie wymagana jest duża dokładność i wysokie osiągi. Wręcz niezbędne są one we wspomnianych już aplikacjach, w których potrzebny jest wysoki moment obrotowy przy zerowej prędkości wału oraz w procesach, gdzie sterowane są maszyny indukcyjne. Do typowych aplikacji zaliczyć można: procesy ciągłe, systemy napędowe z koordynacją prędkości, nawijarki, windy, wyciągi i dźwigi, wirówki, prasy drukarskie czy konwertory.

Przewidywania na przyszłość

Zdaniem Marka Kenyona, łagodzenie i eliminowanie wpływu harmonicznych będzie w dalszym ciągu zagadnieniem kluczowym dla branży sterowników napędów prądu przemiennego. Jednakże warto zwrócić uwagę, że dzisiejsze pokolenie ludzi młodych, używających powszechnie komputerów, i-podów, odtwarzaczy DVD i telefonów komórkowych, będzie wymagać w przyszłości od urządzeń przemysłowych tego samego poziomu łatwości użytkowania, do jakiego przyzwyczaiło się, korzystając ze wspomnianych urządzeń. Dlatego też kolejnym ważnym zagadnieniem będzie kwestia opracowania odpowiednich interfejsów użytkownika, które poziom ten powinny zagwarantować. Ivan Spronk przewiduje dalszy postęp i rozwój branży sterowników napędów prądu przemiennego z uwzględnieniem trzech podstawowych czynników:

• Napędy prądu przemiennego będą nadal stosowane w wielu nowych aplikacjach.
• Napędy prądu przemiennego będą pojawiać się w licznych aplikacjach, gdzie dotychczas stosowano silniki prądu stałego, a ich producenci w dalszym ciągu będą poprawiać osiągi i funkcjonalność sterowników, ulepszając algorytmy ich funkcjonowania.
• Obserwowane ostatnio problemy na rynku energetycznym wymuszają wprowadzenie oszczędności, co może zaowocować zwiększeniem wykorzystania napędów prądu przemiennego w urządzeniach typu HVAC.

Czynniki, takie jak cena, prostota, jakość energii, możliwości komunikacji, technologie bezprzewodowe, przejście do napędów zmiennoprądowych od starszych silników stałoprądowych oraz dążenie do kompleksowej automatyzacji procesów technologicznych, stanowić będą o wzroście zakupów i zastosowań regulowanych napędów prądu przemiennego w przyszłości.

Mark Kenyon, kierownik produkcji i marketingu w dziale napędów małych mocy w firmie ABB

Artykuł pod redakcją Andrzeja Ożadowicza

Jack Smith, starszy redaktor Plant Engineering, USA