Falownik Xinje serii VH dobiera się do prądu silnika i do charakteru obciążenia, nie do liczby kilowatów na tabliczce. Falownik, nazywany też przemiennikiem częstotliwości lub oznaczany skrótem VFD, reguluje prędkość silnika indukcyjnego przez zmianę częstotliwości i napięcia zasilania. Zgodność mocy jest warunkiem koniecznym, lecz niewystarczającym: ten sam silnik 5,5 kW wymaga innego falownika w napędzie przenośnika niż w napędzie wentylatora, a wykonanie na zasilanie jednofazowe nie oznacza, że silnik może być jednofazowy. Niniejsze opracowanie prowadzi przez rozstrzygnięcia, które podejmuje się przed zamówieniem, w kolejności, w jakiej wpływają na wybór.
Materiał dotyczy przemienników częstotliwości Xinje rodziny VH w seriach VH1, VH5 oraz VH6. Wartości liczbowe pochodzą z tablic parametrów producenta dla poszczególnych wykonań. Ponieważ serie różnią się metodą sterowania i wyposażeniem w stopniu rozstrzygającym o zastosowaniu, każdy rozdział wskazuje, których serii dotyczy.
Warunki bezpiecznej pracy. Wszystkie czynności przy listwach przyłączeniowych wykonuje się przy odłączonym i zabezpieczonym przed ponownym załączeniem zasilaniu. Obwód pośredni falownika zawiera kondensatory, które po odłączeniu zasilania pozostają naładowane do napięcia niebezpiecznego; czas oczekiwania przed dotknięciem zacisków podaje instrukcja danego modelu, a stan rozładowania należy potwierdzić pomiarem. Na zaciski wyjściowe U, V, W nie wolno podać napięcia sieciowego — kończy się to zniszczeniem modułu wyjściowego. Obwodu silnika nie rozłącza się stycznikiem w trakcie pracy falownika; łączenie po stronie wyjścia wykonuje się przy zatrzymanym wyjściu, zgodnie z instrukcją. Rezystor hamowania osiąga w pracy wysoką temperaturę: montuje się go na podłożu niepalnym, z odstępami podanymi w instrukcji i przewodami o izolacji wysokotemperaturowej; rezystor źle dobrany stanowi zagrożenie pożarowe. Radiatora falownika nie dotyka się bezpośrednio po pracy — grozi to poparzeniem. Falownik wprowadza do przewodu ochronnego prąd upływowy o przebiegu odkształconym, więc zacisk PE przyłącza się przed pozostałymi połączeniami, a wyłącznik różnicowoprądowy dobiera się jako przystosowany do takiego przebiegu, nie przez analogię do odbiornika rezystancyjnego.
Prace w szafie sterowniczej należą do zakresu osób o odpowiednich kwalifikacjach, zgodnie z przepisami krajowymi. Nadrzędna wobec niniejszego opracowania jest dokumentacja producenta dla konkretnego modelu — w razie rozbieżności rozstrzyga instrukcja urządzenia. Za ocenę wpływu nastaw falownika na bezpieczeństwo maszyny, w tym za dobór i weryfikację funkcji bezpieczeństwa, odpowiada użytkownik maszyny lub podmiot wprowadzający ją do obrotu, zgodnie z rozporządzeniem 2023/1230 oraz normami PN-EN 60204-1, PN-EN ISO 13849-1 i PN-EN 61800-5-2.
W skrócie.
- Falownik dobiera się do prądu znamionowego silnika z tabliczki, nie do jego mocy w kilowatach.
- Obciążenie o momencie stałym wymaga zapasu 150 % prądu przez 60 s, a pompowe i wentylatorowe — 110 % w serii VH5 i 120 % w serii VH1.
- Zasilanie jednofazowe dotyczy wyłącznie wejścia falownika; silnik zawsze musi być trójfazowy.
- Sterowanie wektorowe w pętli zamkniętej, a więc moment 180 % przy zerowej prędkości, realizuje wyłącznie seria VH6.
- Magistrali czasu rzeczywistego nie obsługuje żadne wykonanie serii VH1; wymaga ona serii VH5 z kartą albo serii VH6.
- Rezystor hamowania dobiera się według rezystancji i mocy minimalnej podanej dla konkretnego wykonania, nie według mocy silnika.
- Falownik nie utrzymuje ciężaru — w napędzie podnoszenia obciążenie utrzymuje wyłącznie hamulec mechaniczny.
Co trzeba rozstrzygnąć przed zamówieniem falownika?
Dobór falownika sprowadza się do pięciu kwestii rozpatrywanych łącznie. Każda z nich może samodzielnie przesądzić o nieprzydatności urządzenia, a żadnej nie ujawnia sama zgodność mocy.
| Kwestia | Kryterium rozstrzygające | Następstwo błędu |
|---|---|---|
| Prąd silnika | Prąd wyjściowy falownika nie mniejszy niż prąd znamionowy silnika z tabliczki | Zadziałanie zabezpieczenia przeciążeniowego przy obciążeniu znamionowym |
| Charakter obciążenia | Moment stały albo moment rosnący z kwadratem prędkości | Falownik dobrany według zapasu 120 % w zastosowaniu wymagającym 150 % |
| Klasa napięcia i liczba faz | Wykonanie na 230 V albo 400 V; zasilanie jedno- albo trójfazowe | Uszkodzenie urządzenia albo brak możliwości zasilenia z posiadanej instalacji |
| Rodzaj silnika | Asynchroniczny albo synchroniczny — nie każde wykonanie obsługuje oba | Brak możliwości uruchomienia silnika synchronicznego |
| Metoda sterowania i sprzężenie | Skalarne U/f, wektorowe bez sprzężenia albo wektorowe ze sprzężeniem | Niedostateczna dokładność albo brak momentu przy prędkości bliskiej zeru |
Czym różnią się serie falowników Xinje VH1, VH5 i VH6?
Rodzina VH nie jest jednolita. Różnice nie sprowadzają się do zakresu mocy: serie rozchodzą się przede wszystkim metodą sterowania, a w drugiej kolejności wyposażeniem komunikacyjnym i możliwością rozbudowy.
| Seria | Metoda sterowania | Sprzężenie zwrotne | Komunikacja | Rozbudowa |
|---|---|---|---|---|
| VH1 | Wektorowa bez sprzężenia oraz U/f | brak | RS485 | brak |
| VH5 | Wektorowa bez sprzężenia oraz U/f | brak | RS485; EtherCAT i CANopen kartą | karty komunikacyjne |
| VH6 | Wektorowa ze sprzężeniem, bez sprzężenia oraz U/f | enkoder przyrostowy kartą | RS485; EtherCAT i CANopen kartą | karty I/O, enkodera i komunikacyjne |
Zakresy mocy nie pokrywają się i to bywa pierwszym kryterium odrzucającym. Seria VH1 obejmuje wykonania od 0,4 do 15 kW, seria VH5 od 0,75 do 5,5 kW, a seria VH6 rozpoczyna się od 3,7 kW i sięga w katalogu producenta 55 kW. Napęd 11 kW wymagający sterowania wektorowego i magistrali wypada zatem poza serię VH5 niezależnie od pozostałych kryteriów.
Trzy różnice mają znaczenie rozstrzygające przy doborze. Po pierwsze, tylko seria VH6 realizuje sterowanie wektorowe w pętli zamkniętej. Serie VH1 i VH5 mają w tablicach wpisane Closed loop vector × i nie przyjmują sprzężenia od enkodera silnika. Jeżeli zastosowanie wymaga utrzymania momentu przy prędkości bliskiej zeru albo dokładności prędkości lepszej niż pół procenta, wybór zawęża się do VH6.
Po drugie, dokładność zależy od metody, a nie od serii jako takiej. Tablice podają dla sterowania skalarnego U/f dokładność prędkości ±1 %, dla wektorowego bez sprzężenia ±0,5 %, a dla wektorowego ze sprzężeniem ±0,2 %. Moment rozruchowy układa się analogicznie: 150 % przy 1 Hz w trybie U/f, 150 % przy 0,5 Hz w trybie wektorowym bez sprzężenia oraz 180 % przy 0 Hz w trybie ze sprzężeniem — i ta ostatnia wartość jest tym, czego nie da się zastąpić żadną nastawą w seriach niższych.
Po trzecie, seria VH6 ma zaciski wtykowe oraz przyłącze dławika prądu stałego, czego pozostałe serie nie mają; zabudowę wpuszczaną dopuszczają natomiast zarówno VH6, jak i VH5. Przy wymianie w istniejącej szafie bywa to argument silniejszy od parametrów regulacji.
Dlaczego falownik dobiera się do prądu silnika, a nie do mocy?
Zgodność kilowatów jest wygodnym skrótem myślowym i bywa myląca. Falownik ogranicza prąd, nie moc, a prąd znamionowy silnika o tej samej mocy różni się w zależności od liczby biegunów, sprawności, współczynnika mocy oraz układu połączeń uzwojenia. Kryterium właściwym jest zatem porównanie prądu z tabliczki znamionowej silnika z prądem wyjściowym falownika, przy zachowaniu zgodnej klasy napięcia.
| Wykonanie | Moc | Prąd wyjściowy | Zasilanie |
|---|---|---|---|
| VH1-20P4-B | 0,4 kW | 2,3 A | 1× 187–253 V |
| VH1-20P7-B | 0,75 kW | 4,0 A | 1× 187–253 V |
| VH1-21P5-B | 1,5 kW | 7,0 A | 1× 187–253 V |
| VH1-22P2-B | 2,2 kW | 9,6 A | 1× 187–253 V |
| VH1-40P4-B | 0,4 kW | 1,5 A | 3× 320–440 V |
| VH1-40P7-B | 0,75 kW | 2,1 A | 3× 320–440 V |
| VH1-41P5-B | 1,5 kW | 3,8 A | 3× 320–440 V |
| VH1-42P2-B | 2,2 kW | 5,1 A | 3× 320–440 V |
| VH1-43P7-B | 3,7 kW | 9,0 A | 3× 320–440 V |
| VH1-45P5-B | 5,5 kW | 13,0 A | 3× 320–440 V |
| VH1-47P5-B | 7,5 kW | 17,0 A | 3× 320–440 V |
| VH1-4011-B | 11 kW | 25,0 A | 3× 320–440 V |
| VH1-4015-B | 15 kW | 32,0 A | 3× 320–440 V |
| VH5-20P7-B | 0,75 kW | 4,0 A | 1× lub 3× 187–253 V |
| VH5-21P5-B | 1,5 kW | 7,0 A | 1× lub 3× 187–253 V |
| VH5-22P2-B | 2,2 kW | 9,6 A | 1× lub 3× 187–253 V |
| VH5-40P7-B | 0,75 kW | 2,1 A | 3× 320–440 V |
| VH5-41P5-B | 1,5 kW | 3,8 A | 3× 320–440 V |
| VH5-42P2-B | 2,2 kW | 5,1 A | 3× 320–440 V |
| VH5-43P7-B | 3,7 kW | 9,0 A | 3× 320–440 V |
| VH5-45P5-B | 5,5 kW | 13,0 A | 3× 320–440 V |
| VH6-43P7-B | 3,7 kW | 9,0 A | 3× 320–440 V |
| VH6-45P5-B | 5,5 kW | 13,0 A | 3× 320–440 V |
| VH6-47P5-B | 7,5 kW | 17,0 A | 3× 320–440 V |
| VH6-4011-B | 11 kW | 25,0 A | 3× 320–440 V |
| VH6-4015-B | 15 kW | 32,0 A | 3× 320–440 V |
| VH6-4018-B | 18,5 kW | 37,0 A | 3× 320–440 V |
| VH6-4022-B | 22 kW | 45,0 A | 3× 320–440 V |
| VH6-4030-B | 30 kW | 60,0 A | 3× 320–440 V |
Zestawienie ujawnia zależność, którą przy doborze „po kilowatach” łatwo przeoczyć: to samo wykonanie mocowe ma w klasie 230 V prąd wyjściowy istotnie większy niż w klasie 400 V — dla 1,5 kW jest to 7,0 A wobec 3,8 A, a dla 2,2 kW 9,6 A wobec 5,1 A. Wynika to bezpośrednio z bilansu mocy: przy niższym napięciu ta sama moc wymaga większego prądu. Ma to dwa następstwa praktyczne — przekrój przewodu silnikowego i dobór zabezpieczenia są w wykonaniu 230 V wyraźnie większe, a silnik przełączony z gwiazdy na trójkąt dla zasilania 230 V pobiera prąd, który należy odczytać z właściwego wiersza tabliczki, nie z wiersza dla 400 V.
Dwa dodatkowe przypadki wymagają uwagi. Silnik pracujący długotrwale z prędkością znacznie poniżej znamionowej chłodzi się gorzej, jeżeli ma wentylator własny osadzony na wale; przy takim zastosowaniu dobiera się falownik z zapasem albo silnik z wentylatorem obcym. Silnik z odbiornikiem o dużej pojemności doziemnej albo z długim przewodem zasilającym powoduje przepływ prądu pojemnościowego, który obciąża wyjście falownika, mimo że nie wykonuje pracy — dopuszczalne długości przewodu podaje instrukcja użytkownika danej serii.
Czym różni się dobór do przenośnika od doboru do pompy?
Przenośnik wymaga zapasu przeciążeniowego 150 % prądu znamionowego, a pompa odśrodkowa i wentylator zaledwie 110 do 120 % — dlatego ten sam falownik obsługuje w pracy pompowej silnik o moc większy niż w pracy przenośnikowej. Jest to rozstrzygnięcie najczęściej pomijane, a decydujące o tym, czy urządzenie dobrane „na moc silnika” wytrzyma pracę. Obciążenia dzielą się na dwie klasy o odmiennym przebiegu momentu w funkcji prędkości.
Obciążenia o momencie stałym — przenośniki, podajniki, mieszadła, sprężarki wyporowe, wytłaczarki — wymagają zbliżonego momentu w całym zakresie prędkości, a przy rozruchu momentu wyraźnie większego od znamionowego. Obciążenia o momencie rosnącym z kwadratem prędkości — pompy odśrodkowe i wentylatory — wymagają przy niskich prędkościach momentu znikomego, a moc rośnie w nich z trzecią potęgą prędkości, co czyni te napędy najbardziej opłacalnym zastosowaniem falownika.
Producent odzwierciedla ten podział wprost w oznaczeniu wykonania. Instrukcje użytkownika podają model dwuczłonowo — na przykład VH5-43.7G/5.5P-B — i przypisują mu dwie moce silnika oraz dwa prądy wyjściowe: człon G dla obciążeń o momencie stałym, człon P dla pompowo-wentylatorowych. Temu samemu wykonaniu odpowiadają zatem różne moce zależnie od zastosowania: wykonanie 3,7 kW w pracy stałomomentowej obsługuje silnik 5,5 kW w pracy pompowej, a wykonanie 5,5 kW — silnik 7,5 kW.
Charakterystyka przeciążeniowa odpowiada temu podziałowi. W wykonaniu G dopuszczalne jest 150 % prądu znamionowego przez 60 s, w wykonaniu P — 110 % przez 60 s w serii VH5 oraz 120 % przez 60 s w serii VH1. Do tego dochodzi rezerwa krótkotrwała: 180 % przez sekundę w serii VH5 i przez trzy sekundy w serii VH6. Rezerwa ta jest przewidziana na rozruch i na udar obciążenia, nie na dobór ciągły. Seria VH6 ma ponadto podaną dopuszczalną powtarzalność przeciążenia — minuta pracy ze 150 % na każde 300 s — co przy napędach o częstych rozruchach bywa warunkiem ostrzejszym od samej krotności.
Praktyczna kolejność jest więc następująca: najpierw ustala się klasę obciążenia, potem odczytuje prąd znamionowy silnika, a dopiero na końcu szuka wykonania falownika o prądzie wyjściowym nie mniejszym — przy obciążeniu o momencie stałym z zapasem uwzględniającym rozruch pod pełnym obciążeniem.
Czy falownik zasilany jednofazowo napędzi silnik jednofazowy?
Wykonania serii VH1 i VH5 występują w dwóch klasach napięcia: 187–253 V oraz 320–440 V. Seria VH6 jest wyłącznie trójfazowa 320–440 V — wykonania na 230 V w niej nie występują. Cyfra po łączniku w oznaczeniu wskazuje klasę — 2 oznacza wykonanie na 230 V, 4 na 400 V — i jest to najprostsza droga weryfikacji przed zamówieniem.
Uwaga rozstrzygająca dotyczy wykonań zasilanych jednofazowo. Zasilanie jednofazowe odnosi się wyłącznie do strony wejściowej falownika. Wyjście pozostaje trójfazowe i silnik musi być silnikiem trójfazowym na napięcie 230 V, czyli w praktyce silnikiem przystosowanym do połączenia w trójkąt. Falownik nie zasili silnika jednofazowego z uzwojeniem pomocniczym i kondensatorem rozruchowym; próba takiego zestawienia kończy się niepowodzeniem, a bywa zamawiana właśnie dlatego, że w oznaczeniu widnieje „jednofazowy”.
Seria VH5 w wykonaniach na 230 V przyjmuje zarówno zasilanie jednofazowe, jak i trójfazowe, co bywa wygodne przy przenoszeniu maszyny między stanowiskami o różnym przyłączu. Wykonania serii VH1 na 230 V opisano jako jednofazowe, a wszystkie wykonania obu serii na 400 V — jako trójfazowe.
Który falownik VH obsłuży silnik z magnesami trwałymi?
Obsługa silnika synchronicznego z magnesami trwałymi nie jest w rodzinie VH cechą powszechną i nie wynika z serii, lecz z konkretnego wykonania. W tablicach serii VH1 obsługę silnika synchronicznego mają wyłącznie wykonania VH1-22P2-B, VH1-45P5-B, VH1-47P5-B, VH1-4011-B oraz VH1-4015-B; pozostałe osiem wykonań tej serii ma w tym wierszu wartość przeczącą. Dokładnie tak samo rozkłada się w tej serii obsługa funkcji zwisu charakterystyki, wykorzystywanej przy rozdziale obciążenia między napędy pracujące na wspólny mechanizm.
Ostrzeżenie dotyczące silników z magnesami trwałymi. Silnik synchroniczny z magnesami trwałymi jest przy obracaniu wału prądnicą: napięcie na zaciskach U, V, W pojawia się zawsze, gdy wał się obraca, także przy falowniku odłączonym od sieci. Zaciski silnika i żyły przewodu zasilającego traktuje się zatem jako mogące być pod napięciem przez cały czas, w którym mechanizm może się poruszyć — również wskutek ruchu obciążenia albo napędu sprzężonego. Przed pracą przy przewodzie silnikowym mechanizm należy unieruchomić mechanicznie, nie poprzestając na odłączeniu zasilania falownika.
Następstwo dla zamówienia jest istotne: jeżeli podział ten obowiązuje, falownik VH1 o mocy 1,5 kW nie uruchomi silnika synchronicznego 1,5 kW mimo zgodnej mocy, zgodnej klasy napięcia i wystarczającego prądu. Źródła producenta nie są przy tym zgodne: instrukcja użytkownika serii VH1 podaje obsługę silnika synchronicznego dla całej serii, bez podziału na wykonania, a instrukcja serii VH5 wymienia w wierszu rodzaju sterowanego silnika wyłącznie silnik asynchroniczny, mimo że tablica specyfikacji tej serii wykazuje obsługę silnika synchronicznego we wszystkich wykonaniach. Wobec tej rozbieżności rozstrzygnięcie należy uzyskać dla konkretnego wykonania przed zamówieniem; wyborem pewnym pozostaje seria VH6.
Co dzieje się z napędem po zaniku zasilania i po zatrzymaniu awaryjnym?
Po zaniku zasilania napęd przechodzi w wybieg swobodny, a wejście zatrzymania falownika nie jest funkcją bezpieczeństwa — przeoczenie tych dwóch faktów prowadzi do rozwiązań pozornie bezpiecznych. Zatrzymanie zadane sygnałem sterującym, po łączu szeregowym albo z klawiatury jest poleceniem programowym: realizuje je oprogramowanie falownika i nie daje ono gwarancji wymaganych od funkcji bezpieczeństwa. Żadna z omawianych serii rodziny VH nie ma w tablicach parametrów wykazanej funkcji bezpiecznego wyłączenia momentu; jeżeli ocena ryzyka maszyny wymaga takiej funkcji, realizuje się ją środkami zewnętrznymi wobec falownika, a jej dobór i weryfikacja należą do oceny zgodności maszyny.
Po odcięciu zasilania falownik przestaje sterować silnikiem, a napęd przechodzi w wybieg swobodny i zatrzymuje się dopiero oporami własnymi mechanizmu. Droga i czas tego wybiegu zależą od bezwładności obciążenia, nie od nastaw falownika, i przy osi o dużej energii kinetycznej bywają wielokrotnie dłuższe od czasu hamowania w pracy normalnej. Wielkość tę uwzględnia się w ocenie odległości bezpieczeństwa oraz w doborze osłon i blokad.
Osobnej uwagi wymaga zachowanie po powrocie napięcia. Falowniki mają nastawę decydującą o tym, czy po przywróceniu zasilania napęd podejmuje pracę samoczynnie, gdy polecenie pracy pozostaje aktywne. Nastawa ta bywa użyteczna w napędach pomocniczych pracujących w sposób ciągły, natomiast w maszynie z dostępem obsługi stanowi zagrożenie: mechanizm rusza bez udziału człowieka i bez ostrzeżenia. Rozstrzygnięcie należy podjąć na etapie projektu układu sterowania, a nie przy uruchomieniu.
Kiedy falownik wymaga rezystora hamowania?
Podczas zwalniania oraz przy obciążeniu napędzającym silnik pracuje jako prądnica i energia wraca do obwodu pośredniego falownika. Jeżeli jej ilość przekracza zdolność pochłaniania obwodu, napięcie narasta i falownik zgłasza przepięcie obwodu pośredniego. Rezystor hamowania zamienia tę energię w ciepło.
Serie VH1 i VH5 mają jednostkę hamującą wbudowaną w całym zakresie mocy, co oznacza, że tranzystor sterujący rezystorem znajduje się w falowniku i wystarczy dołączyć sam rezystor. W serii VH6 jednostkę wbudowaną mają wykonania od 5,5 do 30 kW; dla wykonania 3,7 kW jej obecność należy potwierdzić w instrukcji, ponieważ do tego przedziału nie należy. Nie zwalnia to jednak z jego doboru: rezystancja poniżej wartości minimalnej powoduje przepływ prądu przekraczającego obciążalność tranzystora, a moc poniżej wymaganej prowadzi do przegrzania rezystora.
| Wykonanie | Moc | Rezystancja | Moc rezystora |
|---|---|---|---|
| VH1-20P4-B, -20P7-B | 0,4 · 0,75 kW | ≥ 150 Ω | ≥ 100 W |
| VH1-21P5-B | 1,5 kW | ≥ 80 Ω | ≥ 200 W |
| VH1-22P2-B | 2,2 kW | ≥ 55 Ω | ≥ 400 W |
| VH1-40P4-B, -40P7-B | 0,4 · 0,75 kW | ≥ 700 Ω | ≥ 100 W |
| VH1-41P5-B | 1,5 kW | ≥ 300 Ω | ≥ 400 W |
| VH1-42P2-B | 2,2 kW | ≥ 200 Ω | ≥ 600 W |
| VH1-43P7-B | 3,7 kW | ≥ 130 Ω | ≥ 800 W |
| VH1-45P5-B | 5,5 kW | ≥ 90 Ω | ≥ 1200 W |
| VH1-47P5-B | 7,5 kW | ≥ 65 Ω | ≥ 1600 W |
| VH1-4011-B | 11 kW | ≥ 45 Ω | ≥ 2400 W |
| VH1-4015-B | 15 kW | ≥ 35 Ω | ≥ 3000 W |
| VH5-20P7-B | 0,75 kW | ≥ 150 Ω | ≥ 200 W |
| VH5-21P5-B | 1,5 kW | ≥ 100 Ω | ≥ 320 W |
| VH5-22P2-B | 2,2 kW | ≥ 60 Ω | ≥ 530 W |
| VH5-40P7-B | 0,75 kW | ≥ 300 Ω | ≥ 150 W |
| VH5-41P5-B | 1,5 kW | ≥ 220 Ω | ≥ 150 W |
| VH5-42P2-B | 2,2 kW | ≥ 200 Ω | ≥ 250 W |
| VH5-43P7-B | 3,7 kW | ≥ 130 Ω | ≥ 300 W |
| VH5-45P5-B | 5,5 kW | ≥ 90 Ω | ≥ 500 W |
Podane wartości są granicznymi: rezystancja nie mniejsza i moc nie mniejsza od podanej. Cyklu pracy, dla którego przyjęto moc minimalną, producent w tablicach nie podaje, więc przy napędzie hamującym często wartość rzeczywistą uzgadnia się indywidualnie. Napęd o cyklu częstych zatrzymań, o dużej bezwładności wirujących mas albo z obciążeniem napędzającym — jak opuszczanie ciężaru — wymaga zapasu większego. Cała ta moc zamienia się w ciepło wewnątrz szafy, więc bilans cieplny szafy trzeba policzyć z jej uwzględnieniem, a rezystor umieścić na podłożu niepalnym.
Dla serii VH6 tablica specyfikacji podaje wartości dla wykonania 5,5 kW — rezystancję nie mniejszą niż 100 Ω i moc nie mniejszą niż 1200 W — natomiast pełne zestawienie dla pozostałych wykonań tej serii znajduje się w rozdziale doboru osprzętu instrukcji użytkownika, nie w tablicy specyfikacji.
Jeżeli napęd hamuje sporadycznie i łagodnie, rezystor bywa zbędny; rozstrzyga o tym energia kinetyczna zatrzymywanych mas i wymagany czas zatrzymania, nie sama obecność funkcji hamowania w falowniku.
Czy falownik utrzyma ciężar w napędzie podnoszenia?
Falownik nie jest urządzeniem utrzymującym ciężar. W napędzie podnoszenia — wciągniku, podnośniku, osi pionowej — utrzymanie obciążenia w spoczynku realizuje wyłącznie hamulec mechaniczny silnika lub przekładni. Falownik utrzymuje moment tylko dopóty, dopóki steruje silnikiem: po odcięciu zasilania, po zadziałaniu zabezpieczenia, po zgłoszeniu alarmu oraz w każdym stanie wybiegu swobodnego moment znika, a ciężar opada.
Z tego wynikają trzy wymagania, których nie zastępuje żaden dobór prądowy. Napęd podnoszenia wymaga hamulca mechanicznego o momencie utrzymującym dobranym do obciążenia, sterowanego tak, aby zaciskał się przy każdej utracie sterowania, nie zaś dopiero na polecenie. Wymaga uzgodnionej sekwencji zwalniania i zaciskania hamulca — hamulec zwalnia się dopiero po zbudowaniu momentu przez napęd, a zaciska po zatrzymaniu wału, ponieważ zaciskanie w ruchu niszczy okładziny i odbiera hamulcowi zdolność utrzymywania. Wymaga wreszcie rezystora hamowania dobranego na obciążenie napędzające, ponieważ przy opuszczaniu ciężaru energia wraca do obwodu pośredniego przez cały czas ruchu, a nie tylko podczas zwalniania.
Rozstrzygnięcie, czy zastosowanie należy do tej klasy, podejmuje się przed doborem falownika, ponieważ zmienia ono zarówno wymagania wobec silnika i hamulca, jak i zakres oceny zgodności maszyny. Sam falownik dobiera się wówczas według reguł dla obciążeń o momencie stałym, z zapasem uwzględniającym rozruch pod pełnym obciążeniem.
Jak sterować falownikiem — wejścia, sygnały i magistrala
Sposób zadawania prędkości rozstrzyga o liczbie potrzebnych wejść i o tym, czy falownik da się włączyć w istniejącą architekturę sterowania. Wykonania serii VH1 dysponują pięcioma wejściami dwustanowymi oraz dwoma wejściami analogowymi, z których pierwsze przyjmuje sygnał 0–10 V albo 0–20 mA, a drugie 0–10 V; do tego jedno wyjście tranzystorowe, jedno przekaźnikowe oraz jedno wyjście analogowe. Wykonania serii VH5 mają cztery wejścia dwustanowe i jedno analogowe. Seria VH6 rozpoczyna od czterech wejść dwustanowych z możliwością rozszerzenia do siedmiu oraz dwóch analogowych z możliwością rozszerzenia do trzech, przy czym rozszerzenie realizuje się kartą wtykaną w gniazdo.
Interfejs RS485 mają wszystkie trzy serie wektorowe, co pozwala zadawać prędkość i odczytywać stan po łączu szeregowym ze sterownika programowalnego albo z panelu operatorskiego. Magistrala czasu rzeczywistego jest natomiast wyposażeniem opcjonalnym: w serii VH5 realizują ją karty EtherCAT oraz CANopen, w serii VH6 realizują je karty EtherCAT oraz CANopen wtykane w jedno z czterech gniazd oznaczonych literami A, B, C i D, w których montuje się także karty enkodera oraz karty wejść i wyjść. Seria VH1 magistrali nie obsługuje w żadnym wykonaniu — jeżeli architektura maszyny przewiduje falownik jako urządzenie na magistrali, seria ta odpada niezależnie od parametrów napędowych.
| Karta | Przeznaczenie | Uwaga |
|---|---|---|
| VH6-A100 | Karta wejść i wyjść do gniazda A — cztery wejścia dwustanowe X1–X4 wraz z kanałami analogowymi | Montowana fabrycznie |
| VH6-B100 | Karta wejść i wyjść do gniazda B — rozszerza o wejścia X5–X7 oraz o wejście analogowe AI3 | Montaż przez użytkownika |
| VH6-DM100 | Wielofunkcyjna karta enkodera przyrostowego | Wejście różnicowe i OC, obsługa przetwornika resolwerowego |
| VH6-DM200 | Prosta karta enkodera przyrostowego | Wykonanie podstawowe do pracy w pętli zamkniętej |
| VH6-CC100 | Karta komunikacyjna EtherCAT | Odpowiednik VH5-CC100 dla serii VH5 |
| VH6-CN100 | Karta komunikacyjna CANopen | Odpowiednik VH5-CN100 dla serii VH5 |
Komplet kart dostępnych do serii VH6 znajduje się w kategorii kart rozszerzeń. Zwraca uwagę podział kart enkoderowych: wykonanie proste wystarcza do pracy w pętli zamkniętej z enkoderem przyrostowym, natomiast wykonanie wielofunkcyjne obsługuje dodatkowo przetwornik resolwerowy, co bywa rozstrzygające przy silnikach pracujących w otoczeniu, w którym enkoder optyczny nie jest rozwiązaniem trwałym.
Zagadnienie doboru sterownika programowalnego i konfiguracji łącza omówiono w osobnym opracowaniu o komunikacji sterownika Xinje z panelem po Modbus RTU; zasady adresowania i ustawień portu są tam wspólne dla wszystkich urządzeń Xinje pracujących na RS485. Jeżeli falownikiem ma sterować panel operatorski bez pośrednictwa sterownika, właściwym punktem wyjścia jest opracowanie o panelu Xinje jako uniwersalnym urządzeniu nadrzędnym.
Jakie warunki musi spełnić szafa sterownicza?
Wszystkie serie przemienników częstotliwości rodziny VH mają stopień ochrony IP20, co oznacza urządzenie przeznaczone do zabudowy w szafie sterowniczej, nie do montażu na maszynie bez osłony. Dopuszczalna wilgotność wynosi poniżej 95 % bez kondensacji.
Dwa warunki bywają pomijane, a mają skutek trwały. Pierwszy to wysokość zabudowy: tablice podają pracę bez obniżania parametrów do 1000 m nad poziomem morza, a powyżej tej wysokości seria VH5 wskazuje obniżenie obciążalności o około 10 % na każde kolejne 1000 m; wartość dla pozostałych serii odczytuje się z dokumentacji danego wykonania. Drugi to odprowadzenie ciepła — falownik oddaje do szafy moc strat, do której przy zastosowaniu rezystora hamowania dochodzi cała moc rozpraszana na rezystorze. Szafa dobrana bez tego bilansu pracuje w temperaturze, przy której falownik obniża częstotliwość nośną albo zgłasza przegrzanie.
Sposób montażu różni się między seriami: wykonania VH1 przewidziano do montażu naściennego oraz na szynie, a VH5 i VH6 do naściennego oraz wpuszczanego, co przy zabudowie w drzwiach szafy bywa rozstrzygające.
Jak dobrać falownik Xinje VH — kolejność w skrócie
- Klasa obciążenia. Moment stały czy rosnący z kwadratem prędkości — od tego zależy wymagany zapas przeciążeniowy.
- Dane silnika z tabliczki. Prąd znamionowy dla właściwego układu połączeń, napięcie, rodzaj silnika — asynchroniczny czy synchroniczny.
- Klasa napięcia i przyłącze. Wykonanie na 230 V albo 400 V; przy wykonaniu jednofazowym potwierdzenie, że silnik jest trójfazowy.
- Metoda sterowania. Wymagana dokładność prędkości i moment przy prędkości bliskiej zeru rozstrzygają, czy wystarczy sterowanie wektorowe bez sprzężenia, czy konieczna jest seria VH6 z enkoderem.
- Prąd wyjściowy falownika. Nie mniejszy niż prąd znamionowy silnika, z zapasem odpowiadającym klasie obciążenia — zestawienia wykonań w kategoriach VH1, VH5 i VH6.
- Komunikacja. RS485 wystarczy do zadawania prędkości; magistrala czasu rzeczywistego wymaga serii VH5 z kartą albo serii VH6.
- Hamowanie. Ocena energii zatrzymywanych mas; przy potrzebie hamowania — rezystor o rezystancji nie mniejszej i mocy nie mniejszej niż podane w tablicy dla danego wykonania, dostępny w dziale falowników wraz z osprzętem.
- Zabudowa. Miejsce w szafie, sposób montażu, bilans cieplny z uwzględnieniem rezystora, wysokość instalacji.
Najczęstsze pytania o dobór falownika Xinje
Czy falownik Xinje napędzi silnik jednofazowy?
Nie. Określenie „zasilanie jednofazowe” odnosi się wyłącznie do strony wejściowej falownika. Wyjście pozostaje trójfazowe, więc silnik musi być silnikiem trójfazowym na napięcie 230 V, czyli w praktyce przystosowanym do połączenia w trójkąt. Silnika jednofazowego z uzwojeniem pomocniczym i kondensatorem rozruchowym falownik nie zasili.
Czym różni się falownik VH5 od VH6?
Seria VH5 realizuje sterowanie wektorowe bez sprzężenia zwrotnego oraz skalarne U/f, a seria VH6 dodatkowo sterowanie wektorowe w pętli zamkniętej z enkoderem. Przekłada się to na moment rozruchowy 180 % przy zerowej prędkości w serii VH6 wobec 150 % przy 0,5 Hz w serii VH5 oraz na dokładność prędkości ±0,2 % wobec ±0,5 %. Seria VH6 ma ponadto sterowanie położeniem, cztery gniazda kart rozszerzeń oraz zaciski wtykowe.
Jaki rezystor hamowania dobrać do falownika 5,5 kW?
Dla wykonania VH1-45P5-B tablica producenta podaje rezystancję nie mniejszą niż 90 Ω i moc nie mniejszą niż 1200 W, a dla VH5-45P5-B — 90 Ω i 500 W. Są to wartości graniczne: rezystancja mniejsza powoduje przepływ prądu przekraczającego obciążalność tranzystora obwodu hamowania, a moc mniejsza prowadzi do przegrzania rezystora. Przy napędzie hamującym często wymagany zapas mocy jest większy.
Ile wynosi przeciążalność falowników Xinje VH?
W wykonaniu przeznaczonym do obciążeń o momencie stałym jest to 150 % prądu znamionowego przez 60 s. W wykonaniu pompowo-wentylatorowym — 110 % przez 60 s w serii VH5 oraz 120 % przez 60 s w serii VH1. Rezerwa krótkotrwała wynosi 180 % przez sekundę w serii VH5 i przez trzy sekundy w serii VH6, przy czym seria VH6 dopuszcza przeciążenie 150 % przez minutę na każde 300 s pracy.
Jak odczytać klasę napięcia z oznaczenia falownika?
Rozstrzyga pierwsza cyfra po łączniku w oznaczeniu: 2 oznacza wykonanie na 187–253 V, a 4 na 320–440 V. Falownik VH1-41P5-B jest zatem wykonaniem na 400 V o mocy 1,5 kW, a VH1-21P5-B — wykonaniem na 230 V o tej samej mocy. Klasa napięcia falownika i silnika musi być zgodna.
Czy falownik zastąpi hamulec w napędzie podnoszenia?
Nie. Falownik utrzymuje moment wyłącznie dopóty, dopóki steruje silnikiem — po odcięciu zasilania, po zadziałaniu zabezpieczenia i w każdym stanie wybiegu swobodnego moment znika, a ciężar opada. Utrzymanie obciążenia w spoczynku realizuje wyłącznie hamulec mechaniczny silnika lub przekładni, o momencie dobranym do obciążenia i zaciskający się przy każdej utracie sterowania.
Kompletacja napędu falownikowego obejmuje falownik, zabezpieczenie zasilania, przewód silnikowy odpowiedni dla napędów przekształtnikowych oraz — zależnie od cyklu pracy — rezystor hamowania. Przy sterowaniu z magistrali dochodzi karta komunikacyjna, przy pracy w pętli zamkniętej — karta enkodera.
- Falowniki VH — serie skalarne, wektorowe oraz wektorowe w pętli zamkniętej
- Sterowniki PLC — do zadawania prędkości sygnałem analogowym albo po RS485
- Panele operatorskie — zadawanie i podgląd parametrów bez sterownika nadrzędnego
- Instrukcje i katalogi — instrukcje użytkownika serii VH1, VH5 i VH6 wraz z rysunkami wykonawczymi
Sprawdzenie doboru przed zamówieniem
Jesteśmy wyłącznym dystrybutorem Xinje w Polsce i sprawdzamy dobór falownika przed zamówieniem. Zgłoszenie na adres biuro@automation.net.pl powinno zawierać pięć informacji: dane z tabliczki znamionowej silnika wraz z prądem dla przewidzianego układu połączeń; rodzaj napędzanego mechanizmu; cykl pracy wraz z liczbą rozruchów i zatrzymań na godzinę; dostępne przyłącze zasilania oraz sposób zadawania prędkości.
W odpowiedzi, w ciągu jednego dnia roboczego, podajemy proponowane wykonanie wraz z uzasadnieniem doboru prądowego, rozstrzygnięcie, czy zastosowanie wymaga rezystora hamowania i jakiego, oraz wskazanie, czy wybrana seria obsługuje przewidzianą metodę sterowania i rodzaj silnika. Jeżeli w ofercie nie ma wykonania odpowiadającego zastosowaniu, mówimy to wprost, zamiast proponować urządzenie o zbliżonej mocy.
Zakres ten obejmuje dobór urządzenia i kompletację. Parametryzacja falownika, wykonanie projektu oraz uruchomienie na obiekcie stanowią odrębny zakres, wyceniany indywidualnie.
Powiązane opracowania w bazie wiedzy. Gdy zastosowanie wymaga odtwarzania położenia, a nie samej regulacji prędkości, właściwym rozwiązaniem jest serwonapęd — dobór pary napęd–silnik opisano w przewodniku o serwonapędzie Xinje DS5 i silniku MS6, a czynności uruchomieniowe w części o pierwszym uruchomieniu. Konfigurację łącza Modbus RTU, wspólną dla falownika, sterownika i panelu, omówiono w osobnym przewodniku.
Dokumentacja źródłowa: instrukcje użytkownika i katalogi przemienników Xinje w wersji polskiej zebrano w strefie plików do pobrania. W razie rozbieżności między niniejszym opracowaniem a dokumentacją rozstrzyga instrukcja konkretnego modelu.
Znaczenia pojęć technicznych używanych w tym opracowaniu zebrano w słowniku automatyki.
