Welke frequentieregelaar past bij uw motor?
Motortechnologie - hoogste efficiëntie door optimale regeling
Er is de laatste jaren veel gebeurd in de ontwikkeling van de motortechnologie. Niet in de laatste plaats als gevolg van wettelijke eisen inzake het minimumrendement van elektromotoren in fabrieken, hebben zich naast de klassieke standaard asynchrone motoren ook permanente magneet- en synchrone reluctantiemotoren op de markt gevestigd. Met name deze laatste motortypes worden gekenmerkt door de hoogste energie-efficiëntie – maar, met uitzondering van enkele speciale uitvoeringen, vereisen zij altijd een frequentieregelaar om ze op het driefasige net te laten werken. Het doel is altijd de motorparameters optimaal in te stellen, zodat de motoren te allen tijde op het best mogelijke bedrijfspunt draaien. NTT Global Data Centers EMEA GmbH vertrouwt op deze synchrone reluctantiemotoren voor haar pompen, die een zeer hoog energierendement bieden. Met name in deze toepassing kan de exploitant van datacentra naast de kostenreductie door het toepassen van frequentieregelaars nog een verdere kostenbesparing realiseren.
Totaalpakket of geoptimaliseerde onderdelen?
Sommige motorfabrikanten bieden hun motoren alleen aan in combinatie met hun eigen frequentieregelaar, met als argument dat deze combinaties de beste werking en dus het hoogste rendement opleveren. Afzonderlijk geassembleerde pakketten van motor en frequentieregelaar kunnen echter ook minstens gelijkwaardige, zo niet betere rendementswaarden bereiken.
Danfoss, bijvoorbeeld, biedt als onafhankelijke fabrikant van frequentieregelaars hoogwaardige regelalgoritmen die met alle motoren op de markt de hoogste energie-efficiëntiewaarden bereiken. Elk van de Danfoss frequentieregelaars ondersteunt alle gangbare motortechnologieën op de markt.
Maximale energie-efficiëntie vereist geoptimaliseerde regelalgoritmen
In principe kunnen bijna alle motoren worden aangedreven met een vast geprogrammeerde curve die de benodigde spanning voor een toerental of frequentie specificeert, de zogenaamde V/f-karakteristiek. De efficiëntievoordelen van de afzonderlijke technologieën kunnen echter alleen worden bereikt met regelalgoritmen die speciaal op de respectievelijke motortechnologie zijn afgestemd. Alleen met deze algoritmen kan de werking op elk bedrijfspunt worden geoptimaliseerd, zelfs bij wisselende belastingen.
En dit is nu juist de uitdaging wanneer slechts één type frequentieregelaar de verschillende motortechnologieën optimaal moet aandrijven voor alle belastingsgevallen, in alle vermogensbereiken en bedrijfspunten. Hoe kan een regelalgoritme hiervoor worden geoptimaliseerd, welke informatie heeft het nodig en welke strategieën moeten worden gebruikt om spanning en frequentie te ontwerpen voor een maximaal motorrendement? Hier is de kennis van de fabrikant van de besturingselektronica vereist.
De huidige stand van de techniek voor het besturen van motoren is vectorcontrole. Op elk moment berekenen de methoden hoe de motor optimaal van energie kan worden voorzien op basis van stroom- en spanningsvectoren. Afhankelijk van het concept en de vereiste regeldynamiek zijn de controlemethoden, eenvoudig gezegd, gebaseerd op de spanningskromme in de stator of de stroomkromme in de rotor. Bovendien vereisen de regelaars een regelstrategie die het motorgedrag beïnvloedt.
Automatische motoraanpassing (AMA) is de sleutel
De grote onbekende voor de frequentieregelaar bij het gebruik van motoren zijn de motorgegevens. Naast het invoeren van het motortype zijn de gegevens op het typeplaatje voldoende voor een veilige werking. Zij geven niet alleen informatie over de snelheid die bij de frequentie hoort, maar geven ook grenzen aan die de gebruiker tijdens de werking in acht moet nemen. De stroom wordt bijvoorbeeld niet alleen gebruikt om het koppel te bepalen. De frequentieregelaar moet deze ook begrenzen om overbelasting van de motor te voorkomen.
De gegevens op het typeplaatje van asynchrone draaistroommotoren zijn bij veel gebruikers bekend en vormen geen uitdaging voor de programmering. De behandeling van de gegevens op het typeplaatje van PM-motoren is moeilijker. Enerzijds is de gebruiker vaak niet op de hoogte van de gegevens en het doel ervan, en anderzijds geven motorfabrikanten de gegevens soms anders weer.
Voor een werkelijk optimale regeling van de motor is de invoer van de gegevens van het typeplaatje in dit geval niet voldoende.
De reden: elke fabrikant gebruikt ander materiaal, hun motoren zijn onderhevig aan fabricagetoleranties, vereisen andere magnetisatie en zelfs bepaalde motorgegevens worden door de fabrikanten verschillend geïnterpreteerd. Bovendien zijn de motoren ontworpen voor verschillende bedrijfspunten. Dit alles is van invloed op de zogenaamde uitgebreide motorgegevens, die op hun beurt van invloed zijn op de kwaliteit van de motorbesturing, aangezien de punten van invloed zijn op de stroom/spanningswaarden die de motor nodig heeft voor een optimale werking.
Voor een onafhankelijke fabrikant van aandrijftechniek als Danfoss, betekent dit in de praktijk dat zij juist deze variaties in haar apparaten moet compenseren of elimineren. Voor dit doel vertrouwt Danfoss op Automatic Motor Adaptation (AMA). De frequentieregelaar meet de aangesloten motor bij stilstand. De meetprocedure voor driefasige asynchrone motoren, die al jaren beschikbaar is, is nu uitgebreid met strategieën voor PM- en synchrone reluctantiemotoren. De procedure meet elke motor binnen 3 seconden na het invoeren van enkele basisgegevens van het typeplaatje. Op die manier werkt de motor altijd zeer energie-efficiënt en bespaart de gebruiker dus energie en vermindert hij zijn kosten.
Voordelen voor de gebruiker - één frequentieregelaar voor alle technologieën
Voor de gebruiker biedt het grote voordelen om alle motortypes met slechts één platform te kunnen aandrijven. Anders lopen hij en de exploitant het risico gebruik te moeten maken van meerdere verschillende systemen. In de praktijk betekent dit meer opleiding voor ontwerpers, operators en onderhoudspersoneel. En de opslag voor de verschillende systemen drijft ook de kosten op. Het is daarom voordelig om alle motortypes met slechts één frequentieregelaar te kunnen regelen, omdat dit de zojuist beschreven extra inspanning aanzienlijk vermindert. In het hele vermogensbereik kunnen de exploitanten van installaties dus vertrouwen op een uniforme bediening, dezelfde interfaces, dezelfde uitbreidingen en beproefde, betrouwbare technologie. De inventaris van reserveonderdelen in hun fabrieken wordt vereenvoudigd, evenals het onderhoud, en de opleidingsinspanning wordt verminderd.
