Co sprawdzić w Przemiennik częstotliwości.
Przemiennik częstotliwości (VFD) prostuje zasilanie AC statku o stałej częstotliwości do DC, a następnie przetwarza je z powrotem na AC o częstotliwości i napięciu, jakich potrzebuje podłączony silnik, więc prędkość silnika idzie za wielkością wyjściową przemiennika, zamiast trzymać się na stałe częstotliwości sieci. To zasadnicza różnica wobec softstartu, który tylko podnosi napięcie przy rozruchu, a potem przekazuje silnik wprost na pełną częstotliwość sieci, oraz wobec mechanicznego panowania nad prędkością, jak dławiony zawór czy przepustnica, które marnuje energię, zmuszając pompę albo wentylator pracujące z pełną prędkością do podania zmniejszonego przepływu. VFD…
Co wyróżnia przemiennik częstotliwości
Przemiennik częstotliwości (VFD) prostuje zasilanie AC statku o stałej częstotliwości do DC, a następnie przetwarza je z powrotem na AC o częstotliwości i napięciu, jakich potrzebuje podłączony silnik, więc prędkość silnika idzie za wielkością wyjściową przemiennika, zamiast trzymać się na stałe częstotliwości sieci. To zasadnicza różnica wobec softstartu, który tylko podnosi napięcie przy rozruchu, a potem przekazuje silnik wprost na pełną częstotliwość sieci, oraz wobec mechanicznego panowania nad prędkością, jak dławiony zawór czy przepustnica, które marnuje energię, zmuszając pompę albo wentylator pracujące z pełną prędkością do podania zmniejszonego przepływu. VFD spowalnia zamiast tego sam silnik, obniżając pobór mocy przy odbiorach odśrodkowych, jak pompy i wentylatory, mniej więcej z trzecią potęgą obniżenia prędkości.
Główne elementy
Prostownik
Zamienia przychodzący prąd trójfazowy AC na DC, albo jako prosty mostek diodowy, albo, w przemiennikach budowanych tak, by ograniczać zniekształcenia harmoniczne oddawane z powrotem do sieci statku, jako aktywny stopień wejściowy.
Obwód pośredniczący DC
Wygładza wyprostowany DC kondensatorami, a w większych przemiennikach dławikiem; ten stopień gromadzi też energię pozwalającą części przemienników przetrwać krótkie zapady zasilania.
Falownik
Przełącza DC z powrotem na AC o zadanej częstotliwości i napięciu za pomocą tranzystorów bipolarnych z izolowaną bramką (IGBT), kształtując przebieg wyjściowy modulacją szerokości impulsu.
Elektronika sterująca
Wykonuje algorytm sterowania silnikiem, skalarne sterowanie V/Hz dla prostych odbiorów albo sterowanie wektorowe dla zastosowań wymagających dokładnej odpowiedzi momentu, jak stery strumieniowe, panuje nad czasami narastania i współpracuje z systemem automatyki statku.
Filtr wyjściowy
Montowany często między przemiennikiem a silnikiem w instalacjach okrętowych, by zmniejszyć naprężenie napięciowe uzwojeń silnika i ograniczyć zakłócenia elektromagnetyczne w stalowym kadłubie pełnym wrażliwej elektroniki.
Dobór i wymiarowanie
- Moc i napięcie silnika, przy czym przemiennik dobiera się na prąd pełnego obciążenia silnika plus zapas na spodziewany cykl pracy
- Potrzebny rodzaj sterowania; proste sterowanie skalarne wystarcza wentylatorowi albo pompie odśrodkowej, a ster strumieniowy dziobowy czy napęd pozycjonowania dynamicznego potrzebuje sterowania wektorowego dla dokładnej odpowiedzi momentu i prędkości
- Ograniczanie harmonicznych, bo kilka przemienników na jednej rozdzielnicy potrafi zniekształcić zasilanie statku na tyle, by wpłynąć na wrażliwe urządzenia elektroniczne; aktywne stopnie wejściowe albo prostowniki wielopulsowe to zmniejszają
- Stopień ochrony i chłodzenie dobrane do pomieszczenia, bo ciepło i drgania maszynowni dają się elektronice przemiennika bardziej we znaki niż wydzielona rozdzielnia
Przepisy i klasa
Towarzystwa klasyfikacyjne wymagają, by zniekształcenia harmoniczne w sieci elektrycznej statku mieściły się w określonych granicach, co rządzi wyborem topologii prostownika i ewentualną potrzebą filtrów harmonicznych, gdy kilka VFD dzieli rozdzielnicę. Wymagania kompatybilności elektromagnetycznej obowiązują dla ochrony urządzeń nawigacyjnych i łączności przed zakłóceniami wytwarzanymi przez przemienniki. Przemienniki przy usługach istotnych muszą spełniać te same wymagania nadmiarowości i zachowania w razie awarii co obsługiwane przez nie urządzenia; awaria przemiennika steru strumieniowego nie może uniemożliwić ręcznego sterowania awaryjnego tam, gdzie jest ono wymagane.
Typowe usterki
| Usterka | Przyczyna | Skutek |
|---|---|---|
| Fałszywe wyzwolenia nadprądowe | Czas narastania ustawiony zbyt ostro względem bezwładności napędzanego odbioru | Powtarzające się wyzwolenia, przerwanie procesu, ze zniechęcenia obchodzone zabezpieczenia |
| Uszkodzenie łożysk silnika | Prądy wałowe wzbudzane szybkim przełączaniem bez właściwego uziemienia albo izolacji łożysk | Przedwczesna awaria łożyska, niewyjaśnione drgania |
| Zakłócanie urządzeń nawigacyjnych | Niedostateczne filtrowanie wyjścia albo słabe ekranowanie kabla między przemiennikiem a silnikiem | Zakłócenia kompasu albo radia, trudne do wytropienia przerywane usterki gdzie indziej na statku |
| Przegrzewanie i obniżanie mocy przemiennika | Awaria wentylatora chłodzącego albo zanieczyszczenie filtra w gorącym środowisku maszynowni | Obniżona moc wyjściowa, nieoczekiwane wyzwolenie przy obciążeniu szczytowym |
Na co zwrócić uwagę u dostawcy
- Uznanie typu okrętowego właściwego towarzystwa klasyfikacyjnego, a nie przemiennik o parametrach jedynie przemysłowych sprzedany do zastosowania okrętowego
- Udokumentowane zachowanie harmoniczne oraz, gdy kilka przemienników ma dzielić rozdzielnicę, wskazówki co do ograniczania
- Zdolność sterowania wektorowego tam, gdzie zastosowanie wymaga dokładnej odpowiedzi momentu, jak przy sterach strumieniowych czy wciągarkach
- Obudowa i chłodzenie dobrane do rzeczywistego środowiska montażu, wraz z drganiami i temperaturą otoczenia
Sprawdzajcie uziemienie wału i izolację łożysk, ilekroć VFD dokłada się do istniejącego silnika; to nie przemiennik spowodował awarię łożyska, o którą wszyscy go obwiniają, tylko brakujący pierścień uziemiający.
