W klasycznym układzie przetwornica częstotliwości (falownik) i silnik asynchroniczny -> przetwornica zmienia częstotliwość wyjściową i napięcie utrzymując ich stały stosunek w zakresie regulacji 0-50Hz U/f=const. Efektem tego jest stały moment obrotowy silnika. W momencie osiągnięcia częstotliwości znamionowej 50Hz, napięcie osiąga również wartość znamionową 400VAC lub 230VAC. Jest to też napięcie maksymalne sieci zasilającej.

 

Przykłady U/f= const dla sieci 400VAC i 230VAC

0Hz-0VAC

10Hz-80VAC/46VAC

23Hz-184VAC/106VAC

50Hz-400VAC/230VAC

 

Dalsze zwiększanie częstotliwości powoduje niezmienną moc, dalsze zwiększanie prędkości oraz zmniejszanie momentu. Spadek momentu jest wynikiem nieutrzymania zasady stałego stosunku U/f z powodu braku możliwości zwiększania napięcia.

 

 

Istnieje jednak sposób na zwiększenie prędkości silnika powyżej jego prędkości znamionowej utrzymując jednocześnie jego stały moment obrotowy.

Większość nowoczesnych trójfazowych silników asynchronicznych ma zwykle podwójne oznaczenia dla pracy przy napięciu 230V i 400V. Silniki te są połączone w konfiguracji "gwiazda" lub "trójkąt", aby dostosować się do dwóch zakresów napięć.

 

230VAC -Δ

400VAC-Y

 

Technika 87Hz wykorzystuje możliwość podłączenia uzwojenia silnika do pracy przy napięciu 3x230VAC w Δ i zasileniem go poprzez przetwornicę częstotliwości zasilanej napięciem 3x400VAC

W efekcie maksymalne napięcie jakie może być przyłożone do zacisków silnika zostaje powiększone o √3 czyli 230x√3=400VAC. Możemy to napięcie zwiększyć do tej wartości korzystając z zależności proporcjonalności reaktancji silnika do częstotliwości napięcia zasilającego. Należy również zwiększyć częstotliwość maksymalną do 87Hz. W wyniku tego uzyskujemy zwiększenie prędkości ponad prędkość znamionową silnika i ograniczenie wielkości prądu do wartości znamionowej przy połączeniu uzwojeń w Δ z utrzymaniem stałego momentu obrotowego.

Moc silnika przy takim podłączeniu wzrasta również o √3

W praktyce w związku ze stratami moment obrotowy w zakresie 50Hz-87Hz lekko spada

 

Jak to wygląda w rzeczywistości:

Prąd połączenie Δ

•    Prąd znamionowy- 3,5A

•    Częstotliwość znamionowa – 50Hz

•    Napięcie znamionowe - 230VAC

•    Moc znamionowa - 0,75kW

•    Prędkość znamionowa – 1400obr/min

 

Po zasileniu silnika przez przetwornice 3x400VAC

•    Prąd nominalny- 3,5A

•    Częstotliwość nominalna – 50Hz x √3=87Hz

•    Napięcie nominalne – 230VAC x √3=400VAC

•    Moc nominalna - 0,75 x √3=1,3kW

•    Prędkość nominalna – 1400obr/min x √3=2422obr/min

 

W praktyce ze względu na straty moment obrotowy lekko spada po przejściu przez 50Hz.

Jeżeli łożyska silnika na to pozwalają to można oczywiście zwiększać prędkość powyżej 87Hz ale przechodzimy wtedy do pracy ze stałą mocą i zmniejszającym się momentem obrotowym

 

Uwagi praktyczne

•    Silnik musi być połączony w Δ (230VAC) a przetwornica 3 fazowa 400VAC

•    Przetwornica częstotliwości powinna zostać dobrana na napięcie 3x400VAC i prąd wyjściowy Δ -3,5A. U większości producentów będzie to przetwornica o jeden rozmiar wyższa, czyli 1,5kW.

•    Przetwornica musi pracować w trybie skalarnym tak aby dało zaprogramować się jej charakterystykę (230VAC przy 50Hz i 400Hz przy 87Hz) w innym przypadku można spalić uzwojenia silnika.

•    Przed zastosowaniem techniki 87Hz trzeba przyjrzeć się konstrukcji mechanicznej silnika. Jeżeli jest on 2-biegunowy to jego prędkość znamionowa jest około 2900 obr/min. Zwiększając prędkość do 87Hz otrzymujemy prędkość około 5000 obr/min czego mogą nie wytrzymać łożyska silnika. W przypadku silnika 4-biegunowego raczej problemów z łożyskami nie będzie, ponieważ prędkość jego przy 87Hz będzie około 2400 obr/min. Zawsze jednak należy skonsultować się z producentem silnika lub sprawdzić maksymalne obroty w dokumentacji.

 

Przykładowe zaprogramowanie przetwornicy częstotliwości.

Do powyższego silnika dobierzemy przetwornice częstotliwości firmy TECO

TECO E510-402-H3F - falownik Teco E510, moc: 1,5kW, prąd: 3,8A, napięcie wejściowe: 3x400VAC, napięcie wyjściowe 3x 0-400VAC, przeciążenie 150%/60sek. Wbudowany (zdejmowany) wyświetlacz LCD z klawiaturą, filtr RFI, komunikacja Modbus. Obudowa IP 20.

Wytyczne: zadawanie prędkości 0-10V, sterowanie 2 przewodowe (Start prawo, Start lewo), napięcie sterujące +24VDC, wyjście przekaźnikowe RL1 ustawić na alarm błędu.

00-00 = 0 (ustawienie V/F)

00-02 = 1 (sterownie z listwy)

00-12 = 87Hz częstotliwość maksymalna

00-14 = np. 5s czas przyspieszania silnika

00-15 = np. 10s czas hamowania silnika

02-01 = 3,5 A znamionowy prąd silnika

02-04 = 400V napięcie znamionowe silnika

02-06 = 87Hz częstotliwość znamionowa silnika

02-07= 4 ilość biegunów silnika

00-05 = 2 (wejście analogowe AI1)

03-11 = 1 (Alarm przekaźnik RL1)

 

• Wejście analogowe 0-10V trzeba zmienić na falowniku obok listwy zaciskowej zworkę JP2 na [V]
• Sterownie 2 przewodowe START Prawo i START Lewo, sterowanie +24VDC
• należy zmienić zworkę JP1 na PNP (+24V), S1 (Start w Prawo) i S2 (Start w Lewo)

 

Ustawienia charakterystyki skalarnej V/F

01-00 = 18 rodzaj charakterystyki U/f

01-08 = 0.7Hz częstotliwość minimalna

01-09 = 1% (U znamionowego) napięcie minimalne

01-06 = 25Hz częstotliwość środkowa 1

01-07 = 29% (U znamionowego) napięcie środkowe 1

01-04 = 50Hz częstotliwość środkowa 2

01-05 = 58% (U znamionowego) napięcie środkowe 2

01-02 = 87Hz częstotliwość znamionowa

01-03 = 100% (U znamionowego) napięcie znamionowe