A frekvenciaváltó
2009/10. lapszám | VGF&HKL online | 5971 |
Figylem! Ez a cikk 16 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
Hogyan segíti a takarékos üzemben tartást a frekvenciaváltó? Vagy megint beviszünk vele egy hibalehetőséget? Ha arra gondolunk, hogy környezetünkben megszámlálhatatlan mennyiségben működtetünk villamos hajtású motorokat, akkor nem árt pár bekezdést erre a témára szánnunk.
Szakmánkban még a múlt század vége felé
is az volt az üzemeltetői gyakorlat, hogy szivattyúk és ventilátorok hajtásánál a mennyiségszabályozást jobbára kézi beavatkozással oldottuk meg, ki- és bekapcsolással, illetve különféle tolattyúkkal, elzárókkal, mialatt a szivattyúk/ventilátorok motorja névleges sebességen forgott. A fojtásokkal pedig jó sok energiát pazaroltunk. Végtelenségig lerövidített meghatározása gyanánt elfogadhatjuk, hogy a frekvenciaváltó – amely bizonyos határok között tetszőlegesen változtatható frekvencián dolgoztat – egy olyan készülék, amelybe bevezetjük az áramot, és a kimenetére rendre háromfázisú aszinkronmotort kapcsolunk. Egy 230 V-ról táplált egyfázisú frekvenciaváltó 3×230 V-ot ad le, ezért az ilyen frekvenciaváltónak 230 V névleges feszültségű motor dukál.
Viszont a háromfázisú frekvenciaváltó esetében már érdemes megemlíteni annak főbb alkotóit:
- a betápját, ami már természetesen 3×400 V,
- az egyenáramot előállító hidat,
- a közbenső kört,
- a szűrőtekercseket,
- a nagy kapacitású szűrőkondenzátort,
- a félvezetős kapcsolóüzemű teljesítményfokozatot,
- a meghajtott, hagyományos 400 V AC aszinkron (a motortengelynek aszinkron kell futnia a forgó mezővel) motort.
A frekvenciaváltó funkciói közül kiemeljük:
- a motor fordulatszámának fokozatmentes változtatását,
- motorvédelmet (túláram, túlterhelés, melegedés gátlása),
- fáziszárlat, fáziskiesés, földzárlat elleni védelmet,
- kisebb fordulatszámmal a csapágyak élettartamát kedvezően befolyásolja,
- nyomatékvezérlést,
- start-stop-késleltetési lehetőséget,
- több frekvenciaváltó esetén terhelésmegosztást,
- széles teljesítményválasztékot,
- háromfázisú kisteljesítményű motorok használatát egyfázisú hálózatról,
- a kommunikációs lehetőségeket,
- a komoly energia-megtakarítást (döntően az alacsony frekvenciájú tartományban, illetve a gyorsítás/lassítás során) stb.
Számos típusnál megengedett, hogy kimenetére kapcsolót és több motort kössünk. Hogyha párhuzamosan kötött motorokat működtetünk egy időben, akkor:
- a frekvenciaváltó motorvédelme nem védi meg azokat, vagyis minden motor esetében a saját névleges áramára méretezett külön motorvédő kapcsolóról kell gondoskodni,
- a frekvenciaváltó kiválasztásánál a kimenetre kapcsolt motorok összteljesítményét kell figyelembe venni stb.
Egy aránylag friss fejlesztésű frekvenciaváltó ismertetőjében olvasható, hogy ezen új részegység például egyszerre négy (egy alap és további három kiegészítő) motor szabályozását teszi lehetővé. Hozzá kell tennünk, hogy a gépészeti gyakorlatunkban – kiemelten a kisebb teljesítmények, a sajátos szabályozási feladataink, valamint a frekvenciaváltók által a tekercselés szigetelésében okozható károsodásokra tekintettel – ezzel a képességével ritkán számolunk. A legnagyobb kihívást a régebbi telepítésű, üzemelő rendszereknél az utólagosan beépítendő frekvenciaváltók jelentik. Két probléma merül föl, az egyik az imént említett kárveszély: hogyha túl hosszú a motor és a frekvenciaváltó közötti kábel, akkor hullámjelenségek miatt a motoron akár kétszeres feszültség is megjelenhet, ráadásul ez a feszültségeloszlás nem egyenletes.
A másik gond a veszteségek jelentős növekedése. Kiváltképpen a régi típusú frekvenciaváltóknál (felharmonikus többletveszteség a forgórészben), amelyek még nem alkalmaznak impulzusszélesség-modulációt. Nem érintjük a frekvenciaváltó kiválasztási kérdéseit sem, csak jelezzük: a hajtás méretezésekor rendre arra törekszünk, hogy a motor üzemszerűen lehetőleg az 50 Hz-es névleges frekvenciához közel dolgozzon. Nagyon alacsony, illetve 50 Hz fölötti frekvencián a motor nyomatéka csökken. Noha lényegi eltérések nem mutatkoznak a ventilátor- és a szivattyúmotorok frekvenciaváltóinak tárgyalásában, a továbbiakban mégis a szivattyúkra szorítkozunk, elidőzve dr. Fáy Csaba néhai gépészmérnök, kandidátus gondolatainál. „Elsősorban a kis központi fűtés-keringtető hermetikus szivattyúkban alakultak ki azok a módszerek, hogy hogyan lehet minél több funkciót bezsúfolni a gép kapocsszekrényébe, ezzel feleslegessé téve a külön vezérlőszekrényt, motorvédő kapcsolót stb.
Az egyes gyártók gyakran alkalmazzák a kapocsszekrényre rádugaszolható modulokat, amelyek lehetnek teljesen önálló vezérlőegységek (pl. kapcsolóórák), vagy igényelnek valamilyen külső mérő-jeladótól beavatkozó jelet (pl. nyomáskülönbség-, hőfokértéket stb.). Újabban megjelennek olyan komplex vezérlések, amelyek minden külső mérés nélkül képesek tartani a szivattyú csonkjai között a nyomáskülönbség értékét.” A különféle szakirodalmi vélekedések egyöntetűek abban, hogy ezek a szabályozási módok együtt járnak a motor hatásfokának csökkenésével, ezért inkább a kis (1 kW alatti) teljesítmények területén terjedtek el. Ott nem akad semmilyen más, gazdaságosabb módszer.
A vezérlésükben változatos keringtetőszivattyúk
(automatikusan csökkentett üzemtől a hőfokvezérelt nyomáskülönbség tartásáig) „gépész” kiválasztásánál egyre szélesebb a mozgásterünk. Csak néhány kiragadott példa: a két-háromfokozatú kézi fordulatszám-átkapcsolást még megtűrhetjük a HMV melegvíz-cirkuláltató rendszer szivattyúján, de az állandó nyomáskülönbség tartásának funkcióját például a főköri szivattyúkon, a zajhatár alatti működtetést – ugyancsak folyamatos szabályozással – a radiátoros körökön már bízzuk rá a frekvenciaváltóra.
A fűtési hálózat zajkeltő forrásait figyelve – természetesen nem a szivattyú saját, üzemi hangosságáról van szó – a keringtető és a csőrendszere együttműködése kapcsán fokozottan ügyelünk a zajosság nyomástartományára, mely – szerencsés esetben – jóval a Δp (termosztatikus) szelep + Δp csőhálózati egyesített jelleggörbe fölött helyezkedik el. Viszont egy szabályozatlan szivattyú a fojtásgörbén hamar rákerülne arra az emelő magasságra, ahol a lefojtott termosztatikus szelepek a nagy nyomáskülönbség következtében zajt, fütyülő hangot adnak ki. Ezzel koncepciójában véglegesen megdől az a takarékos nézet, miszerint egy helyiségben több hőleadó/radiátor üzeme esetén elegendő egyre – a legnagyobbra – föltenni a termosztátfejes radiátorszelepet, a többi maradhatna kézi, miáltal az az egyetlen állandóan, többnyire a teljes löketén dolgozna, gyakorta mélyen a saját „zajossági zónáján” belül. Kivitelező kollégáink java már rég túltette magát ezen. Olyannyira lecsökkent a kézi radiátorszelepek iránti kereslet, hogy számos forgalmazónknál készleten sincs, csak külön kérésre hozat belőlük.
Meyer József
