Jak podłączyć i skonfigurować falownik? Pierwsze uruchomienie przemiennika częstotliwości krok po kroku

Jak podłączyć i skonfigurować falownik krok po kroku?

Czego dowiesz się z tego artykułu?

Jeżeli po raz pierwszy uruchamiasz falownik lub chcesz uporządkować swoją wiedzę na temat przemienników częstotliwości, w tym artykule znajdziesz praktyczne informacje, które wykorzystasz podczas montażu, konfiguracji i eksploatacji napędu.

W artykule odpowiadam między innymi na pytania:

• jak podłączyć falownik do silnika trójfazowego,
• jakie zabezpieczenie zastosować przed przemiennikiem częstotliwości,
• czy przy falowniku potrzebny jest wyłącznik różnicowoprądowy,
• kiedy należy stosować ekranowany kabel silnikowy,
• jak podłączyć wejścia cyfrowe DI i wejścia analogowe AI,
• jak skonfigurować sterowanie START/STOP,
• jak zadawać prędkość za pomocą potencjometru, sterownika PLC lub wejść cyfrowych,
• jakie dane z tabliczki znamionowej silnika trzeba wpisać do falownika,
• czym jest autostrojenie silnika i kiedy należy je wykonać,
• jak ustawić rampę przyspieszania i hamowania,
• jak przeprowadzić pierwsze uruchomienie falownika krok po kroku,
• jakie błędy najczęściej popełniają elektrycy podczas uruchamiania napędów.

Na przykładzie falowników F&F serii FA pokazuję nie tylko sposób konfiguracji konkretnych parametrów, ale również wyjaśniam uniwersalne zasady, które można wykorzystać podczas pracy z większością dostępnych na rynku współczesnych przemienników częstotliwości.

Dla kogo jest ten artykuł?

Ten materiał przygotowałem przede wszystkim dla elektryków, elektromonterów, automatyków oraz pracowników utrzymania ruchu, którzy w swojej pracy podłączają, konfigurują lub serwisują falowniki i układy napędowe.

Artykuł będzie szczególnie pomocny, jeżeli:

• do tej pory pracowałeś głównie z rozruchem bezpośrednim lub softstartami,
• po raz pierwszy uruchamiasz przemiennik częstotliwości,
• chcesz nauczyć się prawidłowo konfigurować wejścia DI i AI,
• nie masz pewności, jakie dane silnika należy wprowadzić do falownika,
• spotykasz się z problemami podczas uruchamiania napędów,
• chcesz lepiej zrozumieć działanie zabezpieczeń i funkcji ochronnych przemiennika częstotliwości.

Materiał może być również przydatny dla projektantów i integratorów automatyki, jednak został napisany przede wszystkim z myślą o osobach, które samodzielnie uruchamiają napędy.

Nie jest to instrukcja obsługi konkretnego modelu falownika, lecz omówienie praktycznych zasad podłączania, konfiguracji i uruchamiania przemienników częstotliwości omówione na przykładzie falowników F&F serii FA. Wiedzę tę można wykorzystać również podczas pracy z urządzeniami innych producentów.

Jak podłączyć falownik krok po kroku? Identyfikacja zacisków przemiennika częstotliwości

Dla wielu elektryków pierwszy kontakt z falownikiem wygląda podobnie. Otwierają instrukcję, widzą kilkadziesiąt zacisków, parametry oznaczone symbolami F0, F1 lub b0 i pojawia się wrażenie, że podłączenie urządzenia będzie skomplikowane.

W praktyce większość przemienników częstotliwości ma bardzo podobną budowę. Niezależnie od producenta znajdziemy zaciski zasilania, wyjście silnikowe, wejścia sterujące oraz interfejs komunikacyjny. Jeżeli zrozumiesz funkcję poszczególnych bloków, podłączenie falownika staje się znacznie prostsze niż mogłoby się wydawać.

Jednocześnie jest to etap, na którym najłatwiej popełnić kosztowny błąd. Pomylenie zacisków zasilania z wyjściem silnikowym, niewłaściwe podłączenie żyły ochronnej PE lub błędne okablowanie wejść sterujących może doprowadzić do uszkodzenia falownika już podczas pierwszego załączenia napięcia.

Na przykładzie przemiennika częstotliwości F&F serii FA-3HS omówimy podstawowe bloki funkcjonalne występujące również w większości falowników dostępnych na rynku.

Schemat przedstawia typowy sposób podłączenia falownika do sieci zasilającej, silnika oraz układów sterowania.

Patrząc na taki schemat, falownik można podzielić na sześć podstawowych części:

• blok zasilania,
• wyjście silnikowe,
• wejścia cyfrowe DI,
• wejścia analogowe AI,
• wyjścia sterujące,
• interfejs komunikacyjny RS-485.

Każdy z tych bloków odpowiada za inne zadania. Jedne zaciski służą do doprowadzenia energii elektrycznej, inne do sterowania pracą napędu, a jeszcze inne do wymiany informacji ze sterownikiem PLC lub systemem automatyki.

Do czego służy interfejs RS-485 w falowniku?

Oprócz zacisków zasilania oraz wejść sterujących większość nowoczesnych przemienników częstotliwości wyposażona jest również w interfejs komunikacyjny RS-485 do komunikacji w protokole Modbus RTU. Jego zadanie jest proste. Umożliwia wymianę danych pomiędzy przemiennikiem częstotliwości a sterownikiem PLC, panelem operatorskim HMI, systemem SCADA lub innym urządzeniem automatyki.

Zamiast podłączać oddzielne sygnały START, STOP, kierunek obrotów czy zadawanie częstotliwości, wszystkie informacje mogą być przesyłane jednym kablem komunikacyjnym. Dzięki temu sterownik może między innymi:

• uruchamiać i zatrzymywać napęd,
• zmieniać częstotliwość wyjściową,
• odczytywać prąd silnika,
• odczytywać częstotliwość pracy,
• monitorować stany alarmowe,
• kasować błędy falownika.

Kiedy warto wykorzystać Modbus RTU?

W niewielkich aplikacjach często wystarczają wejścia DI oraz AI. Jeżeli jednak falownik ma współpracować ze sterownikiem PLC lub być elementem większego systemu automatyki, komunikacja Modbus RTU zwykle okazuje się wygodniejszym rozwiązaniem. Zmniejsza liczbę połączeń elektrycznych, ułatwia diagnostykę oraz pozwala odczytywać znacznie więcej informacji niż w przypadku klasycznych sygnałów cyfrowych i analogowych.

W praktyce protokół Modbus RTU jest jednym z najpopularniejszych sposobów integracji falowników z automatyką przemysłową. Najczęściej wykorzystuje on interfejs RS-485 odpowiadający za fizyczną transmisję danych pomiędzy urządzeniami. Warto pamiętać, że Modbus RTU jest protokołem komunikacyjnym, natomiast RS-485 jest standardem elektrycznym transmisji danych.

Niezależnie od sposobu komunikacji z falownikiem, znajomość funkcji poszczególnych zacisków pozostaje podstawą poprawnego uruchomienia napędu. Dlatego przed przejściem do konfiguracji warto jeszcze raz zweryfikować wykonane połączenia i porównać je ze schematem producenta.

Warto wiedzieć

W zdecydowanej większości nowoczesnych falowników kolejność bloków zaciskowych jest bardzo podobna. Jeżeli nauczysz się identyfikować zasilanie, wyjście silnikowe i wejścia sterujące na jednym modelu, znacznie łatwiej będzie Ci pracować również z urządzeniami innych producentów.

Blok zasilania falownika

Każdy falownik musi zostać prawidłowo podłączony do sieci zasilającej. Choć zasada wydaje się prosta, właśnie na tym etapie często pojawiają się pierwsze błędy prowadzące do problemów podczas uruchomienia napędu.

Niezależnie od producenta, pierwsze uruchomienie falownika zawsze należy rozpocząć od sprawdzenia sposobu zasilania, poprawności połączeń oraz zgodności parametrów silnika z wymaganiami przemiennika częstotliwości.

W przemienniku częstotliwości F&F serii FA-3HS zasilanie doprowadzane jest do zacisków R, S oraz T. Są to zaciski przeznaczone do podłączenia trójfazowej sieci zasilającej. W tym modelu nie występuje potrzeba podłączania żyły neutralnej N.

Nie oznacza to jednak, że wszystkie falowniki są zasilane w taki sam sposób. W praktyce można spotkać również przemienniki częstotliwości przeznaczone do zasilania jednofazowego 230 V AC np. serii FA-1HS. W takim przypadku do zacisków wejściowych doprowadzane są żyła fazowa L oraz żyła neutralna N, natomiast po stronie wyjściowej dla silnika falownik nadal wytwarza napięcie trójfazowe.

To właśnie tutaj często pojawia się jeden z najpopularniejszych mitów związanych z falownikami.

Czy falownik 230 V tworzy na wyjściu napięcie 3 × 400 V?

Nie.

Falownik zasilany z jednej fazy 230 V nie jest transformatorem ani urządzeniem podwyższającym napięcie. Na jego wyjściu pojawia się trójfazowy układ napięć o wartości wynikającej z napięcia zasilania przemiennika.

Oznacza to, że jednofazowy falownik 230 V najczęściej współpracuje z silnikami przystosowanymi do pracy przy napięciu 3 × 230 V. W praktyce są to zazwyczaj silniki posiadające na tabliczce znamionowej oznaczenie 230/400 V, połączone w trójkąt.

Jest to zagadnienie, które wielu instalatorów odkrywa dopiero podczas pierwszej próby uruchomienia silnika.

Dlaczego tak ważny jest zacisk PE?

W przypadku falowników prawidłowe wykonanie połączenia ochronnego PE ma kluczowe znaczenie dla bezpieczeństwa użytkowników oraz poprawnej pracy całej instalacji.

Podstawowym zadaniem zacisku PE jest zapewnienie ochrony przeciwporażeniowej. Prawidłowo wykonane połączenie ochronne ogranicza ryzyko porażenia prądem elektrycznym w przypadku uszkodzenia izolacji urządzenia.

W falownikach połączenie ochronne pełni również ważną funkcję związaną z kompatybilnością elektromagnetyczną EMC. Nieprawidłowo wykonane połączenia ochronne mogą prowadzić do problemów z komunikacją RS-485, błędów sterowników PLC, zakłóceń sygnałów analogowych oraz niestabilnej pracy urządzeń automatyki.

Dlatego zacisk PE należy traktować przede wszystkim jako element zapewniający bezpieczeństwo, a dopiero w drugiej kolejności jako jeden z elementów poprawiających kompatybilność elektromagnetyczną instalacji.

Jak dobrać kabel zasilający i zabezpieczenie falownika?

Dobór kabla zasilającego należy wykonać na podstawie:

• prądu wejściowego falownika,
• długości kabla,
• sposobu ułożenia kabla,
• temperatury otoczenia,
• warunków instalacji,
• wymagań producenta falownika.

Na podstawie tych danych określa się wymagany przekrój żył oraz obciążalność prądową kabla. Dopiero po dobraniu przekroju kabla można zweryfikować dobór zabezpieczenia, które powinno zapewniać ochronę termiczną kabla przed skutkami przeciążeń i zwarć oraz spełniać wymagania producenta falownika.

Przypominam, że w przypadku większych odległości pomiędzy rozdzielnicą a falownikiem należy dodatkowo uwzględnić spadek napięcia, który może wymagać zastosowania większego przekroju kabla niż wynikałoby to wyłącznie z obciążalności prądowej.

W dokumentacji falowników F&F serii FA-3HS producent podaje zalecane wartości zabezpieczeń oraz minimalne przekroje przewodów zasilających dla poszczególnych modeli przemienników częstotliwości. Podane wartości należy traktować jako wartości orientacyjne i każdorazowo zweryfikować je z uwzględnieniem długości kabla, sposobu jego ułożenia, temperatury otoczenia oraz wymagań konkretnej instalacji.

Tabela 1 przedstawia przykładowe wartości zalecane przez producenta dla przemienników częstotliwości serii FA-1LS oraz FA-3HS.

Zalecane wartości zabezpieczeń oraz minimalne przekroje żył dla przemienników częstotliwości serii FA-1LS i FA-3HS przygotowane na podstawie dokumentacji technicznej F&F.

Warto zwrócić uwagę, że zabezpieczenie zainstalowane przed falownikiem często ma prąd znamionowy większy niż prąd znamionowy silnika. Nie jest to błąd, ponieważ w układach z przemiennikiem częstotliwości nie należy bezpośrednio przenosić zasad stosowanych przy rozruchu bezpośrednim DOL (Direct On Line).

Falownik na bieżąco monitoruje prąd silnika i realizuje funkcje ochrony przeciążeniowej. Zabezpieczenie umieszczone przed przemiennikiem częstotliwości odpowiada natomiast przede wszystkim za ochronę instalacji oraz samego falownika przed skutkami zwarć i uszkodzeń.

Wartości podane w tabeli należy każdorazowo zweryfikować z uwzględnieniem rzeczywistych warunków pracy instalacji, długości kabla, sposobu jego ułożenia oraz wymagań dotyczących ochrony przeciwporażeniowej i zwarciowej.

Pamiętaj, niezależnie od zastosowanego falownika należy również potwierdzić skuteczność ochrony przeciwporażeniowej. Szczególne znaczenie mają poprawność wykonania połączeń ochronnych, stan izolacji oraz skuteczność samoczynnego wyłączenia zasilania. Falownik nie zwalnia instalatora z obowiązku wykonania wymaganych pomiarów odbiorczych.

Najczęstszy błąd przy podłączaniu falownika

Najbardziej kosztownym błędem jest podanie napięcia zasilającego na zaciski wyjściowe U, V i W przeznaczone do podłączenia silnika. Taka pomyłka zwykle kończy się uszkodzeniem stopnia mocy falownika i często oznacza konieczność kosztownej naprawy lub wymiany urządzenia.

Warto wiedzieć

Przed pierwszym uruchomieniem warto jeszcze raz sprawdzić, czy zasilanie zostało doprowadzone do zacisków wejściowych falownika, a nie do zacisków wyjściowych U, V i W. Taka pomyłka zdarza się znacznie częściej, niż mogłoby się wydawać, a jej skutkiem bardzo często jest trwałe uszkodzenie falownika już podczas pierwszego załączenia napięcia.

Jak podłączyć silnik do falownika? Obwód wyjściowy przemiennika częstotliwości

Drugim podstawowym blokiem falownika jest obwód wyjściowy, czyli zaciski U, V i W przeznaczone do podłączenia silnika.

Na pierwszy rzut oka połączenie silnika z falownikiem wygląda podobnie jak klasyczne zasilanie silnika trójfazowego. Różnica polega jednak na tym, że falownik nie podaje na silnik napięcia sinusoidalnego o parametrach identycznych jak w sieci elektroenergetycznej.

Napięcie wyjściowe przemiennika częstotliwości powstaje w wyniku bardzo szybkiego przełączania tranzystorów mocy. Dzięki temu falownik może regulować zarówno częstotliwość, jak i wartość napięcia zasilającego silnik, a tym samym płynnie sterować jego prędkością obrotową.

Dla instalatora najważniejsze są jednak praktyczne konsekwencje takiego sposobu pracy. Kabel pomiędzy falownikiem a silnikiem przenosi sygnał o zupełnie innych właściwościach niż podczas zasilania bezpośrednio z sieci. To właśnie dlatego w układach z falownikami szczególnego znaczenia nabierają długość kabla, jego ekranowanie, sposób prowadzenia tras kablowych oraz poprawne wykonanie połączeń ochronnych PE.

Czy falownik wymaga specjalnego kabla do silnika?

Producenci falowników zalecają stosowanie ekranowanych kabli silnikowych przeznaczonych do współpracy z przemiennikami częstotliwości. Wynika to z faktu, że napięcie generowane przez falownik ma inne właściwości niż napięcie sieciowe 50 Hz.

Podczas pracy falownika na kablu pomiędzy falownikiem a silnikiem pojawiają się szybkie zmiany napięcia, które mogą być źródłem zakłóceń elektromagnetycznych EMC. W efekcie problemy mogą pojawiać się nie tylko w samym napędzie, ale również w układach sterowania, komunikacji i aparaturze pomiarowej.

Dlatego w większości aplikacji zaleca się stosowanie ekranowanych kabli silnikowych, prawidłowe wykonanie połączeń ochronnych PE oraz przestrzeganie zaleceń producenta dotyczących prowadzenia tras kablowych.

W przypadku większych odległości pomiędzy falownikiem a silnikiem należy również zwrócić uwagę na maksymalną dopuszczalną długość kabla silnikowego. Dla przemienników częstotliwości F&F serii FA-3HS producent podaje maksymalną długość 50 m przy częstotliwości kluczowania 3 kHz. Wraz ze wzrostem częstotliwości kluczowania dopuszczalna długość kabla może się zmniejszać.

Temat prowadzenia tras kablowych, ekranowania oraz ograniczania zakłóceń EMC wykracza poza zakres tego artykułu. Jeżeli chcesz lepiej poznać zasady ekranowania kabli i budowy instalacji odpornych na zakłócenia, polecam poradnik Poradnik ekranowania i EMC w instalacjach elektrycznych oraz automatyce.

Dlaczego falownik pozwala zmieniać częstotliwość kluczowania?

Falownik nie wytwarza idealnego przebiegu sinusoidalnego. Napięcie wyjściowe powstaje poprzez bardzo szybkie przełączanie tranzystorów mocy. Liczba tych przełączeń w ciągu sekundy określana jest właśnie jako częstotliwość kluczowania. Dla użytkownika parametr ten może wydawać się mało istotny, jednak w praktyce wpływa na kilka ważnych cech pracy napędu.

Zwiększenie częstotliwości kluczowania zwykle powoduje:

• cichszą pracę silnika,
• mniejsze słyszalne odgłosy związane z przełączaniem PWM,
• bardziej płynną pracę przy małych prędkościach.

Jednocześnie wyższa częstotliwość kluczowania w falowniku wiąże się z większymi stratami mocy, oraz większym poziomem zakłóceń wysokiej częstotliwości. Może również ograniczać dopuszczalną długość kabla pomiędzy falownikiem a silnikiem. Z kolei niższa częstotliwość kluczowania zwykle pozwala ograniczyć nagrzewanie przemiennika częstotliwości, jednak może powodować bardziej słyszalny charakterystyczny pisk silnika. Dlatego w większości aplikacji najlepiej pozostawić wartości zalecane przez producenta falownika i zmieniać je wyłącznie wtedy, gdy wymaga tego konkretna aplikacja.

Dlatego przed uruchomieniem napędu warto sprawdzić nie tylko przekrój kabla, ale również:

• jego długość,
• częstotliwość kluczowania ustawioną w falowniku,
• wymagania producenta przemiennika częstotliwości,
• wymagania producenta silnika.

Błąd, który często pojawia się przy modernizacji maszyn

Podczas wymiany rozruchu bezpośredniego lub softstartu na falownik instalatorzy często wykorzystują istniejący kabel silnikowy bez sprawdzenia jego długości, rodzaju i sposobu prowadzenia.

W przypadku krótkich tras zwykle nie powoduje to problemów. Przy większych odległościach może jednak prowadzić do zakłóceń EMC, problemów z napędem lub konieczności zastosowania w falowniku dodatkowych filtrów wyjściowych.

Jak zabezpieczyć falownik i silnik?

Po wykonaniu połączeń zasilających oraz podłączeniu silnika warto przejść do kolejnego ważnego zagadnienia, czyli zabezpieczenia układu napędowego.

To właśnie tutaj wielu elektryków próbuje przenieść rozwiązania znane z klasycznego rozruchu bezpośredniego DOL lub układów gwiazda-trójkąt, a należy pamiętać, że w przypadku falowników nie zawsze jest to właściwe podejście.

Przemiennik częstotliwości nie jest zwykłym łącznikiem znajdującym się pomiędzy siecią a silnikiem. Jest aktywnym urządzeniem elektronicznym, które przez cały czas monitoruje parametry pracy napędu.

Falownik na bieżąco mierzy między innymi:

• prąd silnika,
• napięcie,
• częstotliwość,
• temperaturę wybranych elementów,
• stan pracy napędu.

Dzięki temu część funkcji ochronnych, które w tradycyjnych układach realizowane są przez dodatkowe aparaty, może zostać przejęta przez sam przemiennik częstotliwości.

Nie oznacza to jednak, że można całkowicie zrezygnować z zabezpieczeń obwodu silnika.

Jak zabezpieczyć falownik?

W przeciwieństwie do klasycznego rozruchu bezpośredniego falownik nie jest jedynie elementem łączącym sieć z silnikiem. Przemiennik częstotliwości na bieżąco monitoruje prąd silnika i realizuje funkcje ochronne, dlatego dobór zabezpieczeń należy wykonywać zgodnie z zaleceniami producenta falownika oraz wymaganiami konkretnej aplikacji.

W praktyce można spotkać kilka poprawnych sposobów zabezpieczenia falownika. W przypadku falowników jednofazowych spotyka się między innymi:

• wyłącznik nadprądowy 1P+N,
• wyłącznik nadprądowy 2P,
• wyłącznik silnikowy. W układach jednofazowych należy wykorzystać wszystkie tory wyłącznika silnikowego, tak aby przez każdy z nich przepływał ten sam prąd.

Każde z tych rozwiązań jest stosowane w praktyce, a ich ostateczny wybór zależy od wymagań producenta falownika, przyjętej koncepcji ochrony oraz dokumentacji projektowej.

W przypadku falowników trójfazowych najczęściej stosuje się zabezpieczenie w postaci:

• 3P wyłączników nadprądowych,
• wyłączników silnikowych.

Warto zwrócić uwagę, że niezależnie od zastosowanego zabezpieczenia silnik podłączony jest bezpośrednio do wyjścia falownika. Przemiennik częstotliwości na bieżąco monitoruje prąd silnika i realizuje funkcje ochronne, dlatego nie należy bezpośrednio przenosić rozwiązań stosowanych przy rozruchu bezpośrednim silnika (DOL, Direct On Line).

Ostateczny sposób zabezpieczenia falownika powinien wynikać z wymagań konkretnej instalacji. Przy jego doborze należy uwzględnić:

• prąd znamionowy falownika,
• warunki zwarciowe instalacji,
• wymagania producenta falownika,
• wymagania producenta maszyny,
• długość oraz sposób prowadzenia kabli,
• warunki środowiskowe pracy urządzenia,
• wymagania dokumentacji projektowej.

Najważniejszą zasadą jest zawsze stosowanie się do zaleceń producenta przemiennika częstotliwości. Falownik wraz z silnikiem należy traktować jako kompletny układ napędowy posiadający własne funkcje pomiarowe i ochronne, a nie jako klasyczny układ rozruchu bezpośredniego.

Dlaczego dane z tabliczki znamionowej są tak ważne?

Dane z tabliczki znamionowej są podstawą działania falownika. To na ich podstawie przemiennik steruje silnikiem, oblicza obciążenie oraz realizuje funkcje zabezpieczające. Z tego powodu wszystkie parametry należy przepisywać bezpośrednio z tabliczki znamionowej konkretnego silnika.

Czy jeden falownik może sterować kilkoma silnikami?

Pytanie o możliwość podłączenia kilku silników do jednego falownika regularnie pojawia się podczas uruchamiania maszyn i modernizacji instalacji. Technicznie jest to możliwe, jednak wymaga spełnienia kilku warunków.

Przede wszystkim należy pamiętać, że falownik steruje częstotliwością i napięciem wspólnym dla wszystkich podłączonych silników. Oznacza to, że wszystkie napędy będą pracowały z taką samą częstotliwością wyjściową. Rozwiązanie takie można spotkać między innymi w:

• przenośnikach rolkowych,
• układach transportowych,
• wentylatorach pracujących równolegle,
• prostych aplikacjach procesowych.

W przypadku kilku silników szczególnego znaczenia nabiera ich indywidualne zabezpieczenie przeciążeniowe. Falownik widzi sumaryczny prąd wszystkich napędów i nie zawsze jest w stanie rozpoznać przeciążenie pojedynczego silnika. Dlatego przy takich rozwiązaniach należy stosować się do zaleceń producenta falownika oraz zasad projektowania konkretnej aplikacji. Jeżeli wymagane jest niezależne sterowanie prędkością poszczególnych silników, każdy napęd powinien być wyposażony we własny falownik.

Czy przy falowniku trzeba stosować wyłącznik różnicowoprądowy?

Pytanie o konieczność stosowania wyłącznika różnicowoprądowego przy falowniku regularnie pojawia się podczas szkoleń, uruchomień oraz dyskusji branżowych. Niestety nie istnieje jedna odpowiedź, która będzie poprawna dla wszystkich instalacji.

W wielu układach przemysłowych falowniki pracują bez dodatkowego zabezpieczenia RCD. Wynika to ze specyfiki instalacji, przyjętego sposobu ochrony przeciwporażeniowej oraz wymagań konkretnego projektu.

Nie oznacza to jednak, że wyłącznik różnicowoprądowy jest zbędny lub nie powinien być stosowany. W określonych aplikacjach jego zastosowanie może wynikać z wymagań projektu, oceny ryzyka lub dokumentacji technicznej.

W instrukcji falowników FA-1LS i FA-3HS producent wspomina o „zabezpieczeniu różnicowoprądowym wbudowanym w falownik”. Nie należy jednak automatycznie utożsamiać go z wyłącznikiem różnicowoprądowym RCD stosowanym jako środek ochrony przeciwporażeniowej. Z treści instrukcji wynika jedynie, że falownik monitoruje określone zjawiska związane z prądami upływu i może reagować na ich wzrost. Nie oznacza to jednak, że wartości prądu różnicowego oraz czasy zadziałania tej funkcji odpowiadają wymaganiom stawianym wyłącznikom różnicowoprądowym RCD stosowanym jako środek ochrony przeciwporażeniowej. Nie można więc zakładać, że zastępuje ona wyłącznik różnicowoprądowy wymagany przez projekt, dokumentację techniczną lub przyjęty sposób realizacji ochrony przeciwporażeniowej. Osoby zainteresowane szczegółami działania tej funkcji odsyłam do producenta.

Najczęstsze błędy podczas podłączania falownika

W układach z falownikiem nadal często stosuje się styczniki, jednak kluczowe znaczenie ma miejsce ich montażu oraz sposób wykorzystania. Błędy w tym obszarze są jedną z częstszych przyczyn problemów podczas uruchamiania i eksploatacji napędu.

Stycznik pomiędzy falownikiem a silnikiem

Jednym z częściej spotykanych błędów jest montaż stycznika pomiędzy falownikiem a silnikiem i wykorzystywanie go do codziennego uruchamiania lub zatrzymywania napędu.

Takie rozwiązanie często wynika z przyzwyczajeń wyniesionych z układów rozruchu bezpośredniego, w których stycznik jest podstawowym elementem sterującym pracą silnika. W przypadku falownika sytuacja wygląda jednak inaczej.

Sterowanie pracą silnika powinno odbywać się za pomocą wejść cyfrowych, komunikacji lub panelu operatorskiego falownika. Odłączanie silnika od aktywnego wyjścia przemiennika częstotliwości może prowadzić do błędów pracy, przepięć oraz uszkodzenia stopnia mocy falownika. Jeżeli w aplikacji stosowany jest stycznik pomiędzy falownikiem a silnikiem, jego przełączanie powinno odbywać się wyłącznie po zatrzymaniu napędu i wyłączeniu wyjścia falownika.

Dlatego podczas normalnej eksploatacji nie należy stosować stycznika do załączania i wyłączania silnika po stronie wyjściowej falownika.

Kiedy stycznik jest stosowany prawidłowo?

W dokumentacjach wielu producentów można spotkać styczniki współpracujące z falownikiem. W takich rozwiązaniach stycznik znajduje się jednak po stronie zasilania przemiennika częstotliwości, a nie pomiędzy falownikiem i silnikiem.

Rozwiązanie takie stosuje się między innymi:

• w układach bezpieczeństwa,
• w obwodach awaryjnego odłączenia zasilania,
• w rozbudowanych systemach automatyki,
• w maszynach wymagających dodatkowych funkcji kontrolnych.

W takich przypadkach sposób wykorzystania stycznika powinien wynikać z dokumentacji producenta falownika oraz dokumentacji maszyny.

W kolejnym rozdziale przejdziemy do wejść cyfrowych DI, które są podstawowym sposobem sterowania większością współczesnych przemienników częstotliwości.

Wejścia cyfrowe DI falownika. Jak działa sterowanie START STOP?

Prawidłowe podłączenie zasilania oraz silnika to dopiero pierwszy etap uruchomienia falownika. Aby napęd mógł reagować na polecenia operatora, sterownika PLC lub elementów automatyki, konieczne jest wykorzystanie wejść sterujących.

To właśnie wejścia cyfrowe decydują o tym, kiedy silnik ma wystartować, zatrzymać się, zmienić kierunek obrotów lub przejść do innego trybu pracy.

W przemiennikach częstotliwości F&F serii FA-3HS do dyspozycji użytkownika oddano pięć programowalnych wejść cyfrowych oznaczonych jako DI1, DI2, DI3, DI4 i DI5.

Na pierwszy rzut oka jest to jedynie kilka dodatkowych zacisków. W praktyce właśnie tutaj znajduje się jedna z największych zalet nowoczesnych falowników. To samo wejście może realizować wiele różnych funkcji, a przypisana do niego funkcja definiowana jest podczas konfiguracji parametrów przemiennika częstotliwości.

Dzięki temu ten sam falownik może pracować zarówno w bardzo prostym układzie sterowanym kilkoma przyciskami, jak i w rozbudowanym systemie współpracującym ze sterownikiem PLC.

Jak działają wejścia DI?

Wejścia cyfrowe służą do przekazywania do falownika informacji w postaci dwóch stanów logicznych:

• wejście nieaktywne,
• wejście aktywne.

Z punktu widzenia elektryka można przyjąć, że jest to odpowiednik klasycznego styku przycisku, przełącznika, krańcówki lub przekaźnika.

Najprostszym przykładem jest przycisk podłączony pomiędzy wejście DI oraz zacisk wspólny GND. Po zmianie stanu wejścia falownik wykonuje przypisaną wcześniej funkcję. Może to być między innymi:

• uruchomienie silnika,
• zatrzymanie napędu,
• zmiana kierunku obrotów,
• wybór jednej z zaprogramowanych prędkości,
• kasowanie błędów,
• uruchomienie hamowania,
• przełączenie trybu pracy.

Dla wielu osób jest to moment, w którym falownik przestaje być jedynie urządzeniem do regulacji prędkości. Staje się elementem automatyki, który może reagować na sygnały pochodzące z różnych urządzeń znajdujących się w maszynie lub instalacji.

Większość codziennych zadań realizowanych przez falownik, takich jak uruchamianie silnika, zatrzymywanie napędu, zmiana kierunku obrotów czy wybór zaprogramowanej prędkości, można wykonać właśnie za pomocą wejść cyfrowych DI. To sprawia, że są one podstawowym interfejsem sterowania wykorzystywanym w większości aplikacji przemysłowych.

Jakie urządzenia można podłączyć do wejść cyfrowych?

Do wejść cyfrowych DI można podłączać większość bezpotencjałowych styków zwiernych i rozwiernych wykorzystywanych w automatyce oraz układach sterowania. Mogą to być między innymi:

• przyciski START i STOP,
• przełączniki LEWO–0–PRAWO,
• wyłączniki krańcowe,
• czujniki wyposażone w wyjścia cyfrowe,
• styki przekaźników,
• wyjścia sterowników PLC.

W przemiennikach F&F FA-3HS do dyspozycji użytkownika oddano również pomocnicze wyjście zasilania +24 V DC, dzięki czemu nie ma potrzeby stosowania dodatkowego zasilacza sterowniczego. Należy jednak pamiętać, że maksymalna obciążalność tego wyjścia wynosi 50 mA, dlatego przy większej liczbie czujników lub elementów automatyki może być konieczne zastosowanie zewnętrznego zasilacza 24 V DC.

Dlaczego wejścia cyfrowe są tak ważne?

W praktyce większość problemów pojawiających się podczas pierwszego uruchomienia falownika nie dotyczy obwodu mocy, lecz wejść sterujących. Silnik jest poprawnie podłączony, falownik nie sygnalizuje błędów, a mimo to napęd nie reaguje na polecenie START. Bardzo często przyczyną okazuje się nieprawidłowe okablowanie wejść DI albo błędnie przypisana funkcja wejścia.

Dlatego podczas uruchamiania warto sprawdzić:

• czy sygnał dociera do wejścia DI,
• czy wejściu przypisano właściwą funkcję,
• czy wybrano odpowiedni tryb sterowania.

W wielu przypadkach w ciągu kilku minut pozwala to znaleźć przyczynę problemu.

Logika dodatnia i logika ujemna

Domyślnie wejście cyfrowe zostaje aktywowane po zwarciu zacisku DI do GND.

Nie zawsze jednak taki sposób działania jest najbardziej wygodny. W wielu falownikach, również w modelu F&F FA-3HS, można wybrać sposób interpretacji sygnału przez wejścia cyfrowe.

Dostępne są dwa podstawowe tryby pracy:

• logika dodatnia – falownik reaguje po zamknięciu styku
• logika ujemna – reakcja następuje po jego otwarciu.

Rozwiązanie to jest szczególnie przydatne podczas współpracy z krańcówkami, stykami alarmowymi oraz obwodami nadzorującymi pracę maszyny. Dzięki temu można zdecydować, czy falownik ma reagować na pojawienie się sygnału, czy na jego zanik.

Fabryczna konfiguracja wejść DI

Dla falowników serii FA-1LS i FA-3HS F&F przygotował domyślną konfigurację wejść cyfrowych pozwalającą na szybkie uruchomienie prostego napędu.

Tabela 3. Fabryczna konfiguracja wejść cyfrowych DI w przemienniku częstotliwości falowników serii FA-1LS i FA-3HS F&F.

Fabryczna konfiguracja jest jedynie punktem wyjścia. Funkcje poszczególnych wejść można dowolnie zmieniać, dostosowując falownik do wymagań konkretnej aplikacji. Dzięki temu ten sam model może pracować zarówno w prostym układzie ręcznego sterowania, jak i w rozbudowanym systemie automatyki.

Parametry można zmieniać bezpośrednio z poziomu panelu operatorskiego, który w razie potrzeby może zostać zamontowany na drzwiach rozdzielnicy.

Sterowanie START–STOP

Najczęściej wykorzystywaną funkcją wejść cyfrowych jest sterowanie pracą silnika. W przemiennikach F&F serii FA-1LS i FA-3HS sposób działania sterowania z listwy zaciskowej określa parametr F1.10, natomiast funkcje poszczególnych wejść przypisuje się za pomocą parametrów F1.00 – F1.04. Oznacza to, że funkcję START, STOP, ruch w przód lub ruch w tył można przypisać do dowolnego wejścia DI1 – DI5.

Konfigurację wejść falownika można wykonać z poziomu panelu operatorskiego lub za pośrednictwem komunikacji RS-485 w protokole Modbus RTU.

Po przypisaniu odpowiednich funkcji do wejść DI oraz wybraniu sposobu sterowania parametrem F1.10 można przejść do budowy układu sterowania napędem. Najczęściej spotykanym rozwiązaniem jest sterowanie START–STOP realizowane za pomocą wejść cyfrowych.

Najprostszym rozwiązaniem jest sterowanie dwuprzewodowe. W takim układzie jedno wejście realizuje rozkaz pracy w kierunku Przód (FWD), a drugie Tył (REV). Jeżeli oba wejścia pozostają nieaktywne, silnik jest zatrzymany. Aktywacja jednego wejścia powoduje uruchomienie napędu w wybranym kierunku, natomiast aktywacja obu wejść jednocześnie powoduje zatrzymanie silnika. Rozwiązanie to bardzo dobrze sprawdza się przy sterowaniu za pomocą przełączników LEWO-STOP-PRAWO.

Alternatywą jest sterowanie trzyprzewodowe wykorzystujące oddzielne przyciski START i STOP. Takie rozwiązanie często spotykane jest w aplikacjach przemysłowych oraz układach współpracujących z automatyką maszyn. W tym przypadku oprócz wyboru trybu pracy parametrem F1.10 należy również odpowiednio przypisać funkcje do wejść DI.

Dzięki elastycznej konfiguracji wejść ten sam falownik może pracować zarówno w prostym układzie ręcznego sterowania, jak i w bardziej rozbudowanym systemie automatyki.

Zadawanie prędkości za pomocą wejść cyfrowych

Wejścia DI mogą służyć nie tylko do uruchamiania i zatrzymywania silnika. W przemiennikach F&F serii FA-1LS i FA-3HS można również wykorzystać je do wyboru wcześniej zaprogramowanych prędkości pracy.

Zasada działania jest bardzo prosta. Najpierw w pamięci falownika zapisuje się konkretne częstotliwości, na przykład:

• Prędkość 1 = 20 Hz,
• Prędkość 2 = 35 Hz,
• Prędkość 3 = 50 Hz,
• Prędkość 4 = 60 Hz.

Następnie za pomocą wejść cyfrowych DI wybiera się, która z zapisanych prędkości ma zostać wykorzystana. Falownik nie otrzymuje więc informacji „jedź 1 370 obr./min”, ale polecenie „wybierz prędkość numer 3”, a następnie sam odczytuje przypisaną do niej wartość częstotliwości.

Aby było to możliwe, wybranym wejściom DI należy przypisać funkcje Bit 1, Bit 2, Bit 3 i Bit 4. Funkcje te konfiguruje się w menu falownika za pomocą parametrów F1.00 – F1.04, które odpowiadają wejściom DI1 – DI5.

Nie trzeba wykorzystywać konkretnych wejść. Przykładowo funkcję Bit 1 można przypisać do DI1, a funkcję Bit 2 do DI3. Ważne jest jedynie prawidłowe przypisanie funkcji podczas konfiguracji falownika. Dzięki temu cztery wejścia działające jak cztery przełączniki pozwalają utworzyć 16 różnych kombinacji sygnałów. Każdej z tych kombinacji można przypisać inną częstotliwość zapisaną w parametrach E1.00 – E1.15.

W praktyce właśnie dlatego w wielu aplikacjach stosuje się sterowanie START–STOP w układzie dwuprzewodowym, wykorzystujące jedynie dwa wejścia cyfrowe. Pozostałe wejścia DI można wtedy przeznaczyć na inne funkcje, takie jak wybór wcześniej zaprogramowanych prędkości, przełączanie ramp przyspieszania i hamowania, kasowanie błędów czy realizację funkcji związanych z automatyką maszyny. Dzięki temu nawet niewielka liczba wejść cyfrowych pozwala zrealizować stosunkowo rozbudowany układ sterowania.

Jeżeli liczba dostępnych wejść okaże się niewystarczająca, część funkcji można przenieść do sterownika PLC komunikującego się z falownikiem za pomocą protokołu Modbus RTU przez interfejs RS-485. Dzięki temu możliwe jest realizowanie rozbudowanych funkcji sterowania bez zajmowania kolejnych wejść DI falownika.

Tabela 4 pokazuje sposób wyboru jednej z 16 częstotliwości zapisanych w pamięci falownika za pomocą czterech wejść cyfrowych skonfigurowanych jako Bit 1, Bit 2, Bit 3 i Bit 4.

Rozwiązanie takie szczególnie dobrze sprawdza się w aplikacjach, w których operator lub sterownik ma wybierać jedną z kilku wcześniej przygotowanych prędkości pracy. Przykładowo można zaprogramować częstotliwości odpowiadające pracy wolnej, normalnej, szybkiej i serwisowej, a następnie wybierać je za pomocą przełączników, przekaźników lub sterownika PLC.

Takie rozwiązanie często spotyka się w:

• przenośnikach,
• mieszadłach,
• podajnikach,
• układach pozycjonowania,
• maszynach pakujących.

W takich aplikacjach zwykle nie jest potrzebna płynna regulacja prędkości, a jedynie szybkie przełączanie pomiędzy kilkoma wcześniej przygotowanymi nastawami zapisanymi w pamięci falownika.

Falownik nie reaguje na START? Diagnostyka wejść DI

Podczas pierwszego uruchomienia bardzo często pojawia się sytuacja, w której falownik jest poprawnie zasilony, nie zgłasza błędów, a mimo to nie reaguje na przycisk START lub sygnał ze sterownika PLC. W takich przypadkach nie trzeba od razu sięgać po komputer czy miernik. Przemienniki częstotliwości F&F serii FA-1LS i FA-3HS umożliwiają podgląd aktualnego stanu wejść cyfrowych bezpośrednio z poziomu panelu operatorskiego. Służy do tego parametr d0.07.

Po wyświetleniu tego parametru można sprawdzić, czy falownik faktycznie widzi zmianę stanu danego wejścia. Jest to bardzo przydatne podczas testowania:

• przycisków START i STOP,
• przełączników LEWO–PRAWO,
• wyłączników krańcowych,
• styków przekaźników,
• sygnałów pochodzących ze sterownika PLC.

Jeżeli po naciśnięciu przycisku lub zmianie stanu przełącznika wartość parametru d0.07 zmienia się, oznacza to, że sygnał dociera do falownika. W takim przypadku problem najczęściej związany jest z konfiguracją parametrów.

Jeżeli natomiast wartość parametru d0.07 pozostaje bez zmian, należy rozpocząć diagnostykę od sprawdzenia okablowania, połączeń elektrycznych oraz przypisania funkcji do wejść DI.

Jest to jedna z najbardziej przydatnych funkcji diagnostycznych podczas pierwszego uruchamiania falownika, ponieważ pozwala w ciągu kilku minut ustalić, czy problem dotyczy połączeń elektrycznych, czy konfiguracji przemiennika częstotliwości.

To jednak nie koniec możliwości falownika. Oprócz wejść cyfrowych do dyspozycji są również wejścia analogowe umożliwiające płynne sterowanie prędkością obrotową silnika.

Wejścia analogowe AI falownika. Sterowanie 0-10 V i 4-20 mA

Wejścia cyfrowe DI doskonale sprawdzają się wtedy, gdy falownik ma wykonać konkretną akcję, uruchomić silnik, zatrzymać napęd, zmienić kierunek obrotów lub wybrać wcześniej zaprogramowaną prędkość pracy. W wielu aplikacjach przemysłowych takie sterowanie okazuje się jednak niewystarczające.

Pompy, wentylatory, mieszadła czy układy dozowania bardzo często wymagają płynnej zmiany prędkości obrotowej uzależnionej od aktualnych warunków procesu. W takich aplikacjach wymagane jest ciągłe dostosowywanie prędkości obrotowej do aktualnych potrzeb procesu, a nie jedynie wybór jednej z kilku zaprogramowanych prędkości.

Właśnie do tego celu służą wejścia analogowe. Pozwalają one przekazać do falownika sygnał proporcjonalny do wymaganej prędkości obrotowej, pochodzący między innymi z potencjometru, sterownika PLC, regulatora technologicznego albo przetwornika pomiarowego.

W przemiennikach częstotliwości F&F serii FA-1LS i FA-3HS funkcję tę realizuje uniwersalne wejście analogowe AI1, które może współpracować zarówno z sygnałami napięciowymi, jak i prądowymi.

Jak sterować prędkością falownika za pomocą wejścia analogowego AI?

Pomimo prostej konstrukcji wejście AI1 umożliwia realizację większości typowych aplikacji spotykanych w automatyce przemysłowej, gdzie najczęściej wykorzystywane jest do płynnej regulacji prędkości obrotowej silnika. W przeciwieństwie do wejść cyfrowych DI, które pozwalają jedynie wybierać wcześniej zaprogramowane funkcje lub prędkości, sygnał analogowy umożliwia ciągłą i płynną zmianę zadanej wartości.

Po wybraniu AI1 jako źródła zadawania częstotliwości falownik przelicza wartość sygnału wejściowego na odpowiednią częstotliwość wyjściową. W praktyce oznacza to, że prędkość silnika może być regulowana za pomocą:

• potencjometru,
• wyjścia analogowego sterownika PLC,
• regulatora technologicznego,
• przetwornika pomiarowego,
• innego urządzenia generującego sygnał analogowy.

Dla użytkownika efekt jest prosty. Zmiana wartości sygnału analogowego powoduje zmianę częstotliwości wyjściowej falownika, a tym samym zmianę prędkości obrotowej silnika.

W ten sposób realizowane jest między innymi sterowanie:

• wydajnością pomp,
• wydajnością wentylatorów,
• mieszadłami,
• przenośnikami,
• układami dozowania.

W bardziej zaawansowanych aplikacjach sygnał analogowy może również pochodzić bezpośrednio z przetworników ciśnienia, poziomu lub przepływu, dzięki czemu prędkość obrotowa silnika jest automatycznie dostosowywana do aktualnych potrzeb procesu technologicznego.

Sygnał 0-10 V czy 4-20 mA?

Falowniki F&F serii FA-1LS i FA-3HS umożliwiają pracę wejścia analogowego AI1 w dwóch podstawowych trybach:

• napięciowym 0-10 V,
• prądowym 4-20 mA.

Wybór odpowiedniego trybu realizowany jest za pomocą zwory J3.

Na pierwszy rzut oka oba rozwiązania spełniają tę samą funkcję. W praktyce ich zastosowanie jest jednak nieco inne.

Dlaczego przy większych odległościach lepiej sprawdza się sygnał 4-20 mA?

Sygnał 0-10 V dobrze sprawdza się wtedy, gdy falownik i urządzenie sterujące (np. potencjometr, sterownik PLC) znajdują się blisko siebie. Wraz ze wzrostem długości kabla rośnie jednak wpływ spadków napięcia oraz zakłóceń elektromagnetycznych. W efekcie falownik może odczytywać wartość sygnału nieco inną niż ta, która została zadana przez potencjometr, regulator lub sterownik PLC.

Jeżeli sygnał analogowy musi zostać przesłany na większą odległość, zwykle lepszym rozwiązaniem będzie standard prądowy 4-20 mA. Sygnał taki jest znacznie mniej wrażliwy na spadki napięcia występujące na żyłach kabla oraz na zakłócenia elektromagnetyczne, dlatego od wielu lat stanowi podstawowy standard stosowany w automatyce przemysłowej.

Dzięki temu sygnał 4-20 mA charakteryzuje się:

• większą odpornością na zakłócenia elektromagnetyczne,
• możliwością przesyłania sygnału na większe odległości,
• większą niezawodnością w środowisku przemysłowym,
• łatwiejszym wykrywaniem uszkodzeń obwodów sygnałowych.

To właśnie dlatego większość przemysłowych przetworników ciśnienia, poziomu, przepływu i temperatury wykorzystuje standard 4-20 mA. W praktyce jest to obecnie najczęściej stosowany sygnał analogowy w automatyce przemysłowej.

Warto wiedzieć

Dodatkową zaletą standardu 4-20 mA jest możliwość wykrywania przerwy w obwodzie. W poprawnie działającym układzie minimalna wartość sygnału wynosi 4 mA. Spadek prądu do 0 mA zwykle oznacza uszkodzenie przewodu, brak zasilania przetwornika lub awarię obwodu pomiarowego. Takiej możliwości nie daje klasyczny sygnał 0-10 V, ponieważ napięcie 0 V może oznaczać zarówno wartość minimalną, jak i uszkodzenie połączenia.

A co z sygnałem 1-10 V?

W automatyce budynkowej i instalacjach HVAC można spotkać również sygnał 1-10 V. Na pierwszy rzut oka wygląda on podobnie do popularnego standardu 0-10 V, jednak różnica jest istotna.

W układzie 0-10 V wartość 0 V zwykle oznacza minimalną częstotliwość lub zatrzymanie napędu, natomiast 10 V odpowiada wartości maksymalnej. W standardzie 1-10 V sygnał 1 V odpowiada najniższej zadanej wartości, a spadek napięcia poniżej tej wartości może być interpretowany jako uszkodzenie obwodu sterowania, przerwa w połączeniu lub polecenie zatrzymania urządzenia.

Z tego powodu sygnał 1-10 V często spotyka się w:

• instalacjach wentylacyjnych,
• systemach automatyki budynkowej BMS,
• regulatorach HVAC,
• układach sterowania oświetleniem.

W praktyce najczęściej wykorzystywane są sygnały 0-10 V oraz 4-20 mA. Warto zwrócić uwagę, że falowniki F&F serii FA-1LS i FA-3HS obsługują również standard prądowy 0-20 mA, który obecnie spotykany jest głównie podczas modernizacji starszych układów automatyki.

Skalowanie wejścia analogowego

Falownik nie musi interpretować pełnego zakresu sygnału analogowego w sposób liniowy od minimalnej do maksymalnej częstotliwości. W falownikach F&F serii FA-1LS i FA-3HS można zdefiniować własną zależność pomiędzy sygnałem wejściowym a częstotliwością wyjściową np.:

• 0 V → 0 Hz,
• 10 V → 50 Hz.

Możliwe jest jednak również zdefiniowanie innej charakterystyki pracy, wynikającej z wymagań konkretnej aplikacji, np.:

• 2 V → 20 Hz,
• 10 V → 50 Hz,

lub

• 4 mA → 25 Hz,
• 20 mA → 45 Hz.

Takie rozwiązanie jest szczególnie przydatne wtedy, gdy silnik nie powinien pracować w pełnym zakresie częstotliwości oferowanym przez falownik lub gdy konieczne jest dopasowanie charakterystyki napędu do wymagań procesu technologicznego.

Dzięki funkcji skalowania można również łatwo dostosować falownik do współpracy z urządzeniami wykorzystującymi sygnały 1-10 V, 0-10 V lub 4-20 mA, bez konieczności stosowania dodatkowych układów pośredniczących.

Jak uniknąć zakłóceń sygnałów analogowych?

Sygnały analogowe są znacznie bardziej podatne na zakłócenia niż wejścia cyfrowe.

Wejście cyfrowe rozpoznaje jedynie dwa stany. Wejście analogowe analizuje konkretną wartość napięcia lub prądu. Nawet niewielkie zakłócenia mogą więc powodować niestabilną pracę napędu. Dlatego dobrą praktyką jest:

• stosowanie kabli ekranowanych,
• oddzielne prowadzenie kabli silnikowych i sygnałowych,
• zachowanie odstępów pomiędzy trasami kablowymi,
• prawidłowe podłączenie ekranów.

Dodatkowo w falownikach F&F serii FA-1LS i FA-3HS parametr F1.31 umożliwia filtrację sygnału analogowego. Zwiększenie czasu filtracji poprawia odporność na zakłócenia, ale jednocześnie powoduje wolniejszą reakcję falownika na zmianę sygnału.

W praktyce wejście analogowe pozwala bardzo łatwo zrealizować płynną regulację prędkości silnika bez konieczności stosowania komunikacji Modbus RTU lub bardziej rozbudowanych systemów automatyki.

Regulator PID w falowniku, czyli automatyczne utrzymywanie zadanej wartości

W niektórych aplikacjach nie wystarczy jedynie ustawić prędkość obrotową silnika. Celem może być na przykład utrzymanie stałego ciśnienia w instalacji wodnej, określonego poziomu podciśnienia lub zadanej wydajności wentylacji.

W takich przypadkach falownik może samoczynnie zwiększać lub zmniejszać prędkość obrotową silnika na podstawie sygnału otrzymywanego z czujnika. Przykładowo, jeżeli ciśnienie w instalacji spadnie poniżej zadanej wartości, falownik zwiększy prędkość obrotową pompy. Gdy ciśnienie wzrośnie, obroty zostaną automatycznie zmniejszone.

Za realizację takiego zadania odpowiada funkcja nazywana regulatorem PID. Dzięki niej w wielu prostych aplikacjach nie ma potrzeby stosowania dodatkowego regulatora lub sterownika PLC realizującego podstawowe funkcje regulacyjne.

Rozwiązanie to znajduje zastosowanie między innymi w:

• układach podnoszenia ciśnienia,
• instalacjach wodociągowych,
• stacjach pomp,
• układach wentylacyjnych,
• prostych systemach regulacji temperatury.

W aplikacjach pompowych i wentylacyjnych automatyczne dostosowywanie prędkości obrotowej do aktualnego zapotrzebowania może dodatkowo ograniczyć zużycie energii elektrycznej.

 Konfiguracja falownika przed pierwszym uruchomieniem

Po analizie wejść cyfrowych i analogowych można odnieść wrażenie, że przemiennik częstotliwości jest urządzeniem typu Plug & Play. I rzeczywiście, częściowo tak właśnie jest. Fabryczne ustawienia wejść cyfrowych pozwalają bardzo szybko uruchomić prosty napęd. Wystarczy podłączyć przyciski sterujące oraz silnik, aby falownik reagował na podstawowe polecenia operatora. Jeżeli dodatkowo podłączymy potencjometr do analogowego wejścia AI1, uzyskamy możliwość płynnej regulacji prędkości obrotowej.

Byłoby jednak błędem zakładać, że na tym kończy się konfiguracja napędu.

W przeciwieństwie do klasycznego rozruchu bezpośredniego falownik musi wiedzieć, jakim silnikiem steruje. Od poprawności tych danych zależą nie tylko parametry pracy napędu, ale również skuteczność jego zabezpieczeń.

Dlatego jednym z najważniejszych etapów uruchomienia jest wprowadzenie danych z tabliczki znamionowej silnika oraz wykonanie procedury autostrojenia.

Jak wpisać dane z tabliczki znamionowej silnika do falownika?

Po wykonaniu połączeń elektrycznych można przejść do konfiguracji falownika. Jednym z pierwszych kroków jest wprowadzenie podstawowych parametrów silnika odczytanych z tabliczki znamionowej. W przemiennikach częstotliwości F&F serii FA-1LS i FA-3HS parametry silnika znajdują się w grupie b0.

Jakie dane należy odczytać z tabliczki znamionowej?

Przed rozpoczęciem konfiguracji warto poświęcić kilka minut na dokładne odczytanie tabliczki znamionowej silnika. To właśnie błędnie przepisane dane są jedną z najczęstszych przyczyn problemów podczas pierwszego uruchomienia napędu.

Podczas konfiguracji falownika należy zwrócić szczególną uwagę na:

• moc znamionową silnika,
• napięcie znamionowe,
• prąd znamionowy,
• częstotliwość znamionową,
• prędkość znamionową.

To właśnie te wartości wykorzystuje falownik podczas sterowania silnikiem oraz realizacji funkcji ochronnych.

Które napięcie wybrać?

Najwięcej wątpliwości budzą zwykle silniki posiadające dwa napięcia znamionowe, na przykład 230/400 V lub 400/690 V.

Nie oznacza to dwóch różnych trybów pracy silnika. Informacja ta określa sposób połączenia uzwojeń. Przykładowo silnik oznaczony jako 230/400 V może pracować:

• w układzie trójkąta przy napięciu 230 V,
• w układzie gwiazdy przy napięciu 400 V.

Dlatego przed uruchomieniem należy sprawdzić zarówno napięcie wyjściowe falownika, jak i sposób połączenia zacisków w puszce silnika.

Dlaczego falownik potrzebuje prędkości znamionowej?

Wielu początkujących instalatorów zastanawia się, dlaczego na tabliczce znamionowej silnika znajdują się zarówno częstotliwość 50 Hz, jak i prędkość obrotowa, na przykład 1 450 obr./min.

Wynika to z faktu, że rzeczywista prędkość obrotowa silnika asynchronicznego jest nieco niższa od prędkości synchronicznej. Dlatego podczas konfiguracji należy przepisywać wartości podane przez producenta silnika, a nie wartości teoretyczne.

Dlaczego poprawne dane są tak ważne?

Dla wielu osób najważniejszym parametrem wydaje się moc silnika. W praktyce równie istotne są napięcie znamionowe, prąd znamionowy oraz prędkość znamionowa.

Błędnie wprowadzone dane mogą powodować:

• nieprawidłową ocenę obciążenia silnika,
• błędne działanie funkcji ochronnych,
• pogorszenie dynamiki pracy napędu,
• problemy podczas automatycznej identyfikacji silnika.

Dlatego wszystkie parametry należy przepisywać bezpośrednio z tabliczki znamionowej podłączanego silnika, a nie z pamięci lub dokumentacji podobnego modelu silnika.

Co się stanie, jeśli błędnie wpiszesz dane silnika?

Podczas uruchamiania falownika wielu użytkowników zakłada, że niewielka pomyłka w parametrach silnika nie będzie miała większego znaczenia. W praktyce nawet pozornie mały błąd może wpłynąć zarówno na jakość sterowania, jak i działanie funkcji ochronnych przemiennika częstotliwości. Przykładowo zaniżenie prądu znamionowego może powodować częste wyłączanie napędu pomimo prawidłowej pracy maszyny. Falownik będzie interpretował normalne obciążenie jako przeciążenie silnika. Odwrotna sytuacja jest jeszcze bardziej niebezpieczna. Jeżeli wpisana wartość prądu będzie wyższa od rzeczywistej wartości znamionowej silnika, zabezpieczenie przeciążeniowe może reagować zbyt późno. W efekcie silnik będzie narażony na przegrzewanie i skrócenie żywotności izolacji uzwojeń. Problemy mogą pojawić się również w przypadku błędnie wpisanej prędkości znamionowej. Szczególnie w sterowaniu wektorowym prowadzi to czasami do pogorszenia stabilności pracy, nieprawidłowego szacowania momentu obrotowego lub pogorszenia dynamiki napędu. Typowymi objawami nieprawidłowo wprowadzonych danych są:

• częste komunikaty przeciążenia,
• niestabilna praca przy małych prędkościach,
• gorsza dynamika rozruchu,
• problemy po wykonaniu autostrojenia,
• nadmierne nagrzewanie silnika,
• nieoczekiwane zatrzymania napędu.

Jeżeli po uruchomieniu falownika pojawiają się podobne objawy, jednym z pierwszych kroków diagnostycznych powinno być ponowne sprawdzenie wszystkich danych przepisanych z tabliczki znamionowej silnika. W praktyce pozwala to wyeliminować wiele problemów bez konieczności zmiany bardziej zaawansowanych parametrów przemiennika częstotliwości.

Kilka silników na jednym falowniku, jakie dane wpisać do przemiennika?

Jeżeli uważnie przeczytałeś wcześniejszą część artykułu, zapewne pamiętasz, że jeden falownik może zasilać kilka silników pracujących z tą samą częstotliwością wyjściową. W praktyce bardzo często pojawia się wtedy pytanie: jakie dane silnika należy wpisać do falownika?

Czy wszystkie silniki muszą mieć identyczne parametry? Czy należy zsumować ich moce? A może prąd znamionowy? Co zrobić, gdy jeden silnik ma moc 0,75 kW, a drugi 1,1 kW?

To pytania, na które nie ma jednej uniwersalnej odpowiedzi.

W większości prostych aplikacji najważniejsze jest prawidłowe dobranie falownika do łącznego obciążenia wszystkich podłączonych silników. Oznacza to, że przy doborze przemiennika należy uwzględnić sumę mocy oraz sumę prądów znamionowych wszystkich napędów. Nie oznacza to jednak, że wszystkie silniki muszą być identyczne. W praktyce często spotyka się układy składające się z kilku silników o różnych mocach, pracujących z tą samą częstotliwością wyjściową.

Warto jednak pamiętać, że układy wielosilnikowe są znacznie bardziej złożone niż aplikacje z pojedynczym silnikiem. Pojawiają się dodatkowe zagadnienia związane z doborem falownika, ochroną silników, sterowaniem oraz zachowaniem całej maszyny w różnych stanach pracy. W takich układach każdy silnik powinien posiadać własne zabezpieczenie przeciążeniowe, a w wielu aplikacjach stosuje się również indywidualny nadzór temperatury poszczególnych silników. Z tego powodu takie rozwiązania powinny być wykonywane na podstawie dokumentacji projektowej przygotowanej przez doświadczonego projektanta znającego zarówno przemienniki częstotliwości, jak i zasadę działania całej maszyny lub instalacji.

Autostrojenie silnika w falowniku. Kiedy i jak je wykonać?

Po wprowadzeniu danych z tabliczki znamionowej warto wykonać procedurę autostrojenia silnika. Można ją porównać do kalibracji urządzenia. Choć falownik zna już podstawowe parametry wpisane przez użytkownika, nadal nie zna rzeczywistych parametrów elektrycznych konkretnego silnika. Funkcja autostrojenia pozwala przemiennikowi samodzielnie je zmierzyć i dokładniej dopasować sposób sterowania napędem.

W praktyce przekłada się to na:

• stabilniejszą pracę silnika,
• lepszą dynamikę rozruchu,
• dokładniejsze sterowanie momentem obrotowym,
• poprawne działanie sterowania wektorowego.

W przemiennikach F&F serii FA-1LS i FA-3HS funkcja autostrojenia dostępna jest pod parametrem b0.27. Do dyspozycji są dwa tryby pracy:

• autostrojenie przy zatrzymanym silniku,
• autostrojenie z obracającym się silnikiem.

Pierwszy wariant pozwala na identyfikację podstawowych parametrów elektrycznych bez obracania wału silnika. Jest to rozwiązanie bezpieczne i najczęściej wykorzystywane podczas pierwszego uruchomienia maszyny.

Drugi wariant wykonuje dokładniejszą identyfikację parametrów silnika, ponieważ podczas procedury wał obraca się pod kontrolą falownika. Metoda ta zwykle zapewnia najlepsze rezultaty podczas pracy w sterowaniu wektorowym.

Jeżeli konstrukcja maszyny i warunki bezpieczeństwa na to pozwalają, warto skorzystać właśnie z tej metody.

Kiedy nie należy wykonywać autostrojenia z obracającym się silnikiem?

Autostrojenie z obracającym się silnikiem zwykle zapewnia najlepsze rezultaty, jednak nie zawsze można je wykonać w bezpieczny sposób.

Podczas procedury falownik uruchamia silnik i wykonuje kontrolowane ruchy wału. Oznacza to, że poruszy się również napędzana maszyna. Z tego powodu szczególną ostrożność należy zachować w przypadku:

• przenośników transportujących materiał,
• podnośników i układów pionowych,
• maszyn stwarzających zagrożenie dla obsługi,
• urządzeń pracujących w ciągłym procesie technologicznym,
• napędów wyposażonych w hamulce mechaniczne.

Jeżeli istnieje ryzyko niekontrolowanego ruchu maszyny, bezpieczniejszym rozwiązaniem może być wykonanie autostrojenia przy zatrzymanym silniku lub czasowe rozłączenie części mechanicznej napędu.

Przed rozpoczęciem procedury autostrojenia z obracającym się wałem silnika należy zawsze upewnić się, że ruch wału nie spowoduje zagrożenia dla ludzi, urządzeń ani procesu technologicznego.

Co daje autostrojenie?

Po zakończeniu autostrojenia falownik zapisuje w pamięci dodatkowe informacje o rzeczywistych parametrach elektrycznych silnika. W przypadku falowników F&F serii FA-1LS i FA-3HS są to:

Tabela 5. Parametry modelu elektrycznego silnika wyznaczane podczas autostrojenia w przemiennikach F&F serii FA-1LS i FA-3HS.

Dla większości instalatorów podczas codziennej pracy wartości te pozostają niewidoczne i zwykle nie ma potrzeby ich ręcznego analizowania. Znacznie ważniejsze jest zrozumienie efektu końcowego. Dzięki autostrojeniu falownik lepiej „poznaje” podłączony silnik, co pozwala mu dokładniej sterować napędem oraz skuteczniej reagować na zmieniające się warunki pracy.

Powiedzmy wprost, po wykonaniu autostrojenia silnik nie zacznie nagle pracować dwa razy lepiej. W wielu prostych aplikacjach różnica może być wręcz niezauważalna. Sytuacja zmienia się jednak w bardziej wymagających układach, gdzie liczy się dynamika napędu, stabilna praca przy małych prędkościach lub wykorzystanie sterowania wektorowego. W takich przypadkach autostrojenie często pozwala uzyskać zauważalnie lepsze efekty pracy.

W zdecydowanej większości aplikacji po wprowadzeniu parametrów silnika i wykonaniu autostrojenia można przejść do dalszej konfiguracji napędu. Istnieje jednak grupa aplikacji wymagających dodatkowych ustawień już na etapie uruchamiania. Dotyczy to przede wszystkim silników wyposażonych w hamulec elektromagnetyczny.

Silnik z hamulcem mechanicznym wymaga dodatkowej konfiguracji

Nie wszystkie silniki mogą po zatrzymaniu obracać się swobodnie. W wielu aplikacjach stosowane są silniki wyposażone w hamulec elektromagnetyczny, którego zadaniem jest po wyłączeniu napędu utrzymanie wału w nieruchomej pozycji.

Rozwiązanie takie spotyka się szczególnie tam, gdzie nawet niewielki ruch wału mógłby spowodować zagrożenie lub nieprawidłową pracę maszyny.

W przypadku zwykłego silnika falownik steruje wyłącznie jego pracą. W silnikach wyposażonych w hamulec pojawia się dodatkowy element, którego działanie musi zostać skoordynowane z pracą przemiennika częstotliwości. Hamulec należy zwolnić przed rozpoczęciem ruchu oraz ponownie załączyć po zatrzymaniu napędu. Jeżeli kolejność tych działań będzie nieprawidłowa, mogą pojawić się szarpnięcia, przeciążenia mechaniczne lub problemy z rozruchem.

Dlatego w wielu aplikacjach do sterowania układem hamulca wykorzystuje się przekaźnikowe lub tranzystorowe wyjścia falownika. Rozwiązanie takie pozwala uzależnić moment zwolnienia i załączenia hamulca od aktualnego stanu pracy napędu.

Szczególne znaczenie ma to w przypadku:

• podnośników,
• wciągarek,
• suwnic,
• wind towarowych,
• napędów pionowych.

Przed uruchomieniem takiej aplikacji należy zawsze sprawdzić wymagania producenta falownika, silnika oraz samego hamulca. W przypadku napędów wyposażonych w hamulec elektromagnetyczny prawidłowa konfiguracja jest równie ważna jak poprawne podłączenie elektryczne.

Skoro omówiliśmy już najważniejsze zagadnienia związane z konfiguracją silnika, warto przyjrzeć się funkcjom ochronnym przemiennika częstotliwości. To właśnie one w wielu przypadkach przejmują zadania realizowane wcześniej przez klasyczne zabezpieczenia silnikowe.

Jak falownik chroni silnik przed przeciążeniem?

Po wprowadzeniu parametrów silnika i wykonaniu autostrojenia falownik potrafi nie tylko sterować pracą napędu, ale również nadzorować jego obciążenie. W przeciwieństwie do klasycznych układów rozruchowych przemiennik częstotliwości stale monitoruje warunki pracy silnika. Analizuje między innymi:

• wartość prądu,
• czas trwania przeciążenia.

Im większe przeciążenie, tym szybciej nastąpi reakcja falownika. Zasada ochrony silnika realizowana przez falownik przypomina klasyczne zabezpieczenie przeciążeniowe, jednak wszystkie obliczenia wykonywane są elektronicznie na podstawie parametrów silnika wprowadzonych podczas konfiguracji.

 Lista kontrolna przed pierwszym uruchomieniem falownika

Przed pierwszym uruchomieniem warto jeszcze raz zweryfikować najważniejsze elementy instalacji oraz konfiguracji przemiennika częstotliwości. W praktyce to właśnie błędne połączenia, nieprawidłowo przepisane dane z tabliczki znamionowej oraz pominięcie podstawowych parametrów konfiguracji są najczęstszą przyczyną problemów podczas pierwszego uruchomienia napędu. Dlatego przed podaniem napięcia warto poświęcić kilka minut na ponowną kontrolę całego układu.

Szczególną uwagę należy zwrócić na:

• poprawność podłączenia zacisków zasilania i silnika,
• zgodność parametrów silnika z danymi z tabliczki znamionowej,
• poprawność połączeń ochronnych PE oraz ekranowania kabla silnikowego,
• konfigurację wejść sterujących,
• wykonanie autostrojenia silnika (jeżeli jest wymagane dla danej aplikacji).

Jeżeli wszystkie powyższe elementy zostały poprawnie wykonane i zweryfikowane, pierwsze uruchomienie falownika zwykle przebiega bez większych problemów.

Pierwsze uruchomienie falownika krok po kroku

Po wykonaniu połączeń elektrycznych oraz wprowadzeniu podstawowych parametrów można przejść do pierwszego uruchomienia napędu.

Warto jednak pamiętać, że uruchomienie falownika nie polega jedynie na podaniu zasilania i naciśnięciu przycisku START. To uporządkowany proces obejmujący sprawdzenie części mechanicznej, kontrolę połączeń elektrycznych, konfigurację parametrów oraz obserwację pracy napędu podczas pierwszych prób.

W praktyce większość problemów pojawiających się podczas uruchamiania falowników wynika nie z uszkodzeń urządzeń, lecz z błędów montażowych, nieprawidłowej konfiguracji lub pominięcia podstawowych czynności kontrolnych. Dlatego warto postępować według określonej procedury.

Krok 1. Sprawdź część mechaniczną

Zanim podasz napięcie na falownik, upewnij się, że sam napęd oraz napędzana maszyna są gotowe do bezpiecznej pracy.

Sprawdź, czy:

• wał silnika może obracać się swobodnie,
• maszyna nie jest zablokowana mechanicznie,
• wszystkie osłony zostały prawidłowo zamontowane,
• hamulce mechaniczne działają poprawnie,
• przypadkowe uruchomienie nie stworzy zagrożenia dla ludzi ani urządzeń.

Wielu początkujących instalatorów skupia się wyłącznie na połączeniach elektrycznych, zapominając, że nawet poprawnie skonfigurowany falownik nie rozwiąże problemów mechanicznych. Jeżeli maszyna jest zablokowana albo napęd nie może się swobodnie obracać. W takiej sytuacji pierwsze uruchomienie może zakończyć się alarmem przeciążeniowym lub uszkodzeniem elementów mechanicznych.

Szczególną ostrożność należy zachować przed wykonaniem autostrojenia z obracającym się silnikiem. W czasie tej procedury wał może wykonać nieoczekiwany ruch, dlatego wcześniej należy upewnić się, że nie spowoduje on zagrożenia.

Krok 2. Sprawdź połączenia elektryczne

Kolejnym etapem jest dokładna kontrola wykonanych połączeń.

Zweryfikuj:

• podłączenie zasilania falownika,
• podłączenie silnika do zacisków U, V i W,
• połączenie ochronne PE,
• ekranowanie kabla silnikowego,
• okablowanie wejść i wyjść sterujących.

To właśnie na tym etapie można wykryć większość błędów, których usunięcie po uruchomieniu zajmuje zwykle znacznie więcej czasu.

Jakie pomiary warto wykonać przed pierwszym uruchomieniem?

Samo wzrokowe sprawdzenie połączeń nie zawsze wystarcza. Przed pierwszym uruchomieniem warto wykonać podstawowe pomiary potwierdzające poprawność wykonania instalacji.

W zależności od rodzaju obiektu mogą to być między innymi:

• sprawdzenie ciągłości połączeń ochronnych PE,
• pomiar rezystancji izolacji kabla silnikowego,
• weryfikacja poprawności napięcia zasilającego,
• sprawdzenie poprawności napięcia zasilającego oraz zgodności połączeń fazowych z dokumentacją instalacji,
• kontrola połączeń ekranów oraz zacisków ochronnych.

Szczególne znaczenie mają pomiary związane z ochroną przeciwporażeniową. Ich celem jest przede wszystkim potwierdzenie bezpieczeństwa użytkowników oraz poprawności wykonania instalacji. Dopiero po zweryfikowaniu stanu izolacji, połączeń ochronnych i podstawowych parametrów elektrycznych można przejść do uruchamiania napędu. Uszkodzona izolacja kabla silnikowego może nie tylko powodować błędy falownika i problemy podczas autostrojenia, ale przede wszystkim stanowić zagrożenie dla bezpieczeństwa oraz niezawodności całego układu.

W przypadku modernizacji istniejących maszyn nie należy zakładać, że dotychczas używany kabel będzie automatycznie odpowiedni do współpracy z falownikiem. Warto sprawdzić jego rodzaj i stan techniczny jeszcze przed rozpoczęciem konfiguracji przemiennika częstotliwości.

Kilka minut poświęconych na podstawowe pomiary bardzo często po pierwszym uruchomieniu pozwala uniknąć wielogodzinnej diagnostyki.

Jest jeszcze jeden element, o którym rzadko mówi się podczas szkoleń produktowych, za to bardzo często pojawia się podczas usuwania awarii. Są nim połączenia śrubowe. Wielu elektryków skupia się na parametrach falownika, konfiguracji i zabezpieczeniach, a dopiero po kilku miesiącach eksploatacji okazuje się, że źródłem problemu był niedokręcony, zbyt mocno dokręcony lub uszkodzony zacisk śrubowy.

Zagadnienie momentu dokręcania dotyczy wszystkich połączeń śrubowych. Nie odnosi się wyłącznie do zacisków zasilających falownika, ale również do zacisków silnika, listew zaciskowych oraz pozostałej aparatury znajdującej się na przykład w rozdzielnicy.

Połączenia śrubowe należy dokręcać momentem podanym przez producenta. Połączenia śrubowe należy dokręcać momentem zalecanym przez producenta. Jego wartość znajdziemy w dokumentacji technicznej, najczęściej w niutonometrach (Nm). Przykładowo, dla falowników F&F serii FA-1LS i FA-3HS moment dokręcania zacisków siłowych wynosi 1,2 do 1,5 Nm, a zacisków sterujących 0,4 Nm. Ponieważ artykuł ma charakter praktyczny, w dalszej części będę używał także bardziej potocznych określeń związanych z dokręcaniem połączeń.

Zbyt słabo dokręcone połączenie może prowadzić do wzrostu rezystancji styku, nagrzewania się zacisków, a w skrajnych przypadkach nawet do uszkodzenia urządzenia. Również nadmierna siła dokręcania nie jest rozwiązaniem. Zbyt mocne dokręcenie zacisku może spowodować uszkodzenie gwintu, a także trwałe odkształcenie elementów dociskowych lub żyły kabla.

W efekcie podczas wielokrotnych cykli nagrzewania i chłodzenia, występujących w normalnej eksploatacji, połączenie nie jest w stanie prawidłowo kompensować rozszerzalności cieplnej materiałów. Prowadzi to do stopniowej utraty docisku połączenia, czyli w praktyce do sytuacji bardzo podobnej do niedokręconego zacisku. Konsekwencją jest wzrost rezystancji połączenia, lokalne przegrzewanie zacisku, a w skrajnych przypadkach nawet uszkodzenie aparatury lub pożar.

Dlatego producenci falowników, silników oraz aparatury elektrycznej podają w dokumentacji wymagane momenty dokręcania zacisków śrubowych. W profesjonalnych instalacjach wartości te powinny być weryfikowane za pomocą wkrętaka lub klucza dynamometrycznego, a nie wyłącznie na podstawie wyczucia instalatora.

Jeżeli chcesz dowiedzieć się więcej o znaczeniu momentu dokręcania połączeń elektrycznych oraz o tym, kiedy warto stosować klucz lub wkrętak dynamometryczny, przeczytaj artykuł: Czy elektryk musi stosować narzędzia dynamometryczne?

Krok 3. Przywróć ustawienia fabryczne

Jeżeli nie masz pewności, jaka konfiguracja była wcześniej zapisana w falowniku, dobrym rozwiązaniem jest rozpoczęcie pracy od przywrócenia ustawień fabrycznych.

Pozwala to wyeliminować ryzyko pozostawienia parametrów pochodzących z poprzedniej aplikacji, które mogłyby utrudniać uruchomienie lub prowadzić do nieprzewidywalnego zachowania napędu.

Jeżeli falownik pracował wcześniej w działającej instalacji, przed wykonaniem resetu warto zapisać aktualną konfigurację. Może się ona przydać podczas późniejszej diagnostyki lub odtwarzania ustawień.

Krok 4. Wprowadź dane silnika

Po przygotowaniu falownika należy przepisać parametry z tabliczki znamionowej silnika, a następnie wykonać autostrojenie.

Na tym etapie należy:

• wprowadzić parametry silnika,
• wybrać tryb sterowania,
• wykonać autostrojenie,
• sprawdzić zapisane parametry.

Jest to jeden z najważniejszych etapów całego uruchomienia. Falownik nie jest w stanie samodzielnie rozpoznać wszystkich parametrów podłączonego silnika. Aby poprawnie sterować napędem i realizować funkcje ochronne, musi od użytkownika otrzymać podstawowe dane.

Błędnie wpisany prąd znamionowy, napięcie lub prędkość znamionowa mogą prowadzić do nieprawidłowej pracy napędu, częstych alarmów przeciążeniowych albo pogorszenia działania sterowania wektorowego.

Dlatego wszystkie wartości należy przepisywać bezpośrednio z tabliczki znamionowej konkretnego silnika, a nie z dokumentacji podobnego modelu lub własnych notatek.

Krok 5. Wybierz sposób sterowania

Po wprowadzeniu danych silnika trzeba zdecydować, w jaki sposób falownik ma nim sterować. W przemiennikach częstotliwości F&F serii FA-1LS i FA-3HS dostępne są między innymi dwa podstawowe tryby pracy:

• sterowanie skalarne U/f,
• sterowanie wektorowe bezczujnikowe.

Dla osób rozpoczynających pracę z falownikami najważniejsze jest zrozumienie, że nie istnieje jeden idealny tryb sterowania do wszystkich zastosowań.

Sterowanie skalarne U/f jest prostsze i bardzo dobrze sprawdza się w aplikacjach takich jak:

• pompy,
• wentylatory,
• proste przenośniki,
• układy o niewielkich wymaganiach dynamicznych.

W wielu przypadkach jest to również najlepszy wybór sterowania silnikiem na etapie pierwszego uruchomienia.

Sterowanie wektorowe jest bardziej zaawansowane. Wymaga poprawnie wprowadzonych parametrów silnika oraz prawidłowo wykonanego autostrojenia, ale pozwala uzyskać:

• większy moment przy małych prędkościach obrotowych,
• lepszą stabilność prędkości,
• wyższą dynamikę napędu,
• dokładniejsze sterowanie silnikiem.

O wyborze trybu pracy powinny decydować wymagania konkretnej aplikacji, a nie przekonanie, że sterowanie wektorowe zawsze jest lepszym rozwiązaniem.

Kiedy sterowanie wektorowe nie daje oczekiwanych efektów?

Wielu użytkowników zakłada, że po przełączeniu falownika na sterowanie wektorowe napęd automatycznie zacznie pracować lepiej. W praktyce nie zawsze tak się dzieje. Sterowanie wektorowe wykorzystuje matematyczny model silnika, dlatego jego skuteczność zależy między innymi od:

• poprawnie wpisanych danych znamionowych,
• prawidłowo wykonanego autostrojenia,
• stanu technicznego silnika,
• charakteru napędzanego obciążenia.

Jeżeli parametry silnika zostały wpisane nieprawidłowo albo procedura autostrojenia została pominięta, efekty mogą być odwrotne od oczekiwanych.

Może to objawiać się:

• niestabilną pracą przy małych prędkościach,
• gorszą dynamiką napędu,
• nietypowymi drganiami silnika,
• pojawianiem się alarmów przeciążeniowych.

Dlatego w przypadku problemów ze sterowaniem wektorowym pierwszym krokiem powinno być sprawdzenie parametrów silnika i wyników autostrojenia, a nie zmiana bardziej zaawansowanych ustawień falownika.

Warto również pamiętać, że w wielu typowych aplikacjach pompowych i wentylacyjnych poprawnie skonfigurowane sterowanie skalarne zapewnia w pełni satysfakcjonujące rezultaty, a przejście na sterowanie wektorowe nie przynosi zauważalnych korzyści.

Krok 6. Skonfiguruj źródło sterowania

Jednym z najczęstszych problemów podczas pierwszego uruchomienia nie jest błędne podłączenie falownika ani uszkodzony silnik. Znacznie częściej przyczyną okazuje się nieprawidłowo wybrane źródło sterowania.

Współczesny falownik może otrzymywać polecenia pracy z różnych źródeł. Rozkaz START i STOP może pochodzić z panelu operatorskiego, wejść cyfrowych DI, sterownika PLC lub systemu nadrzędnego. Podobnie wygląda zadawanie częstotliwości, czyli określanie prędkości obrotowej silnika.

To właśnie dlatego podczas pierwszych uruchomień często pojawia się sytuacja, w której falownik jest zasilony, nie zgłasza żadnych błędów, a mimo to silnik nie reaguje na polecenie START. W większości przypadków problemem okazuje się niezgodność pomiędzy skonfigurowanym źródłem sterowania a rzeczywistym sposobem obsługi falownika.

Zacznij od sterowania lokalnego

Podczas pierwszego uruchomienia najbezpieczniej jest sterować falownikiem bezpośrednio z panelu operatorskiego. Takie rozwiązanie pozwala szybko potwierdzić, że:

• falownik działa poprawnie,
• silnik został prawidłowo podłączony,
• parametry silnika zostały poprawnie wprowadzone,
• napęd rozpędza się i zatrzymuje zgodnie z oczekiwaniami.

Dzięki temu łatwiej oddzielić problemy związane z samym napędem od ewentualnych błędów okablowania lub konfiguracji automatyki.

Dopiero po potwierdzeniu poprawnej pracy warto przenieść sterowanie na:

• wejścia cyfrowe DI,
• sterownik PLC,
• komunikację Modbus RTU,
• system nadrzędny automatyki.

Nie pomyl źródła sterowania ze źródłem zadawania częstotliwości

Początkujący użytkownicy często zakładają, że skoro falownik reaguje na przycisk START, to wszystko zostało skonfigurowane prawidłowo. Tymczasem falownik wykorzystuje zwykle dwa niezależne ustawienia:

• źródło rozkazu START i STOP,
• źródło zadawania częstotliwości.

Oznacza to, że silnik może otrzymywać rozkaz uruchomienia z panelu operatorskiego, ale wartość częstotliwości może być oczekiwana z wejścia analogowego AI1 lub ze sterownika PLC. W takiej sytuacji falownik może poprawnie przyjąć rozkaz START, a mimo to nie uruchomić silnika, ponieważ nie otrzymuje informacji o wymaganej częstotliwości pracy.

Najczęstszy błąd podczas pierwszego uruchomienia

W praktyce bardzo często spotyka się sytuację, w której falownik został wcześniej wykorzystany w innej aplikacji. Poprzedni użytkownik skonfigurował sterowanie z wejść DI lub przez Modbus RTU, a kolejna osoba próbuje uruchomić napęd z panelu operatorskiego.

Objawy są wtedy bardzo charakterystyczne:

• falownik nie zgłasza błędów,
• silnik jest poprawnie podłączony,
• przycisk START nie uruchamia napędu.

Dlatego przed rozpoczęciem diagnostyki warto zawsze sprawdzić, skąd falownik oczekuje rozkazów START/STOP oraz skąd pobierana jest wartość zadanej częstotliwości.

Kilka minut poświęconych na weryfikację tych dwóch parametrów bardzo często pozwala uniknąć niepotrzebnego sprawdzania okablowania, silnika i pozostałych elementów instalacji.

Krok 7. Ustaw maksymalną i minimalną częstotliwość

Innym, często pojawiającym się błędem podczas pierwszego uruchomienia jest ustawianie częstotliwości maksymalnej wyłącznie na podstawie możliwości falownika.

Jeżeli producent podaje, że falownik może pracować do 80 Hz, do 100 Hz lub nawet wyższych wartości, początkujący użytkownicy często zakładają, że mogą bezpiecznie wykorzystać cały dostępny zakres regulacji. W praktyce ograniczeniem bardzo rzadko jest sam falownik. Znacznie częściej ograniczenia wynikają z parametrów silnika lub napędzanej maszyny.

Czy silnik może pracować powyżej 50 Hz?

Tak, ale nie zawsze oznacza to, że powinien.

Wielu elektryków traktuje częstotliwość 50 Hz jako nieprzekraczalną granicę pracy silnika. Jest to uproszczenie. W rzeczywistości wiele silników może pracować również przy wyższych częstotliwościach zasilania. Nie oznacza to jednak, że każdą maszynę można bezpiecznie rozpędzić do 60 Hz, 80 Hz lub 100 Hz.

Wraz ze wzrostem częstotliwości rośnie prędkość obrotowa silnika. Powoduje to wzrost obciążeń mechanicznych działających na:

• łożyska,
• wał silnika,
• sprzęgła,
• przekładnie,
• elementy napędzanej maszyny.

W wielu aplikacjach ograniczeniem nie jest sam silnik, lecz urządzenie, które napędza. Przykładowo wentylator, pompa lub przekładnia mogą nie być przystosowane do pracy z prędkością znacznie wyższą od znamionowej. Dodatkowo warto pamiętać o jeszcze jednym zjawisku. Do częstotliwości znamionowej falownik zwiększa zarówno częstotliwość, jak i napięcie zasilające silnik. Powyżej tej wartości napięcie zwykle nie jest już zwiększane. Oznacza to, że wraz z dalszym wzrostem częstotliwości (ponad wartość znamionową) maleją możliwości uzyskania momentu obrotowego.

Dlatego maksymalną częstotliwość pracy należy dobierać na podstawie dokumentacji:

• silnika,
• przekładni,
• napędzanej maszyny,
• wymagań procesu technologicznego.

Nie należy jej ustawiać wyłącznie na podstawie możliwości falownika.

Jedna z częściej spotykanych pomyłek

W praktyce bardzo często spotyka się sytuację, w której użytkownik po pierwszym uruchomieniu zwiększa częstotliwość maksymalną „żeby maszyna pracowała szybciej”.

Jeżeli producent maszyny nie przewidział takiego trybu pracy, konsekwencją mogą być:

• nadmierne drgania,
• przyspieszone zużycie łożysk,
• przeciążenie przekładni,
• uszkodzenie elementów mechanicznych.

Warto pamiętać, że falownik nie wie, jaka maszyna została do niego podłączona. Potrafi zwiększyć częstotliwość, ale nie jest w stanie ocenić, czy napędzane urządzenie jest przygotowane do pracy z większą prędkością.

Nie zapominaj o częstotliwości minimalnej

Początkujący użytkownicy zwykle skupiają się na częstotliwości maksymalnej, a tymczasem równie ważna jest częstotliwość minimalna.

Silnik zasilany z falownika może pracować znacznie wolniej niż podczas klasycznego zasilania z sieci 50 Hz. Dla procesu technologicznego jest to ogromna zaleta, ale przy bardzo małych prędkościach pojawia się inny problem, jest nim chłodzenie silnika.

Dlaczego silnik może się przegrzewać przy małych obrotach?

Większość standardowych silników chłodzona jest przez wentylator zamontowany bezpośrednio na wale. Im wolniej obraca się wał silnika, tym mniej powietrza przepływa przez żebra chłodzące.

Może więc wystąpić sytuacja, w której silnik:

• pracuje z niewielką częstotliwością,
• przenosi znaczne obciążenie mechaniczne,
• pobiera stosunkowo duży prąd,
• jednocześnie jest chłodzony znacznie słabiej niż podczas pracy znamionowej.

Problem ten szczególnie często występuje w aplikacjach takich jak:

• przenośniki taśmowe,
• mieszadła,
• wytłaczarki,
• podajniki ślimakowe,
• napędy pracujące przez długi czas z małą prędkością.

W praktyce nie oznacza to, że silnik nie może pracować z małą prędkością obrotową. Należy jednak zadbać o odpowiednie warunki odprowadzania ciepła.

W zależności od aplikacji można zastosować między innymi:

• silnik wyposażony w niezależne chłodzenie wymuszone,
• dodatkowy wentylator napędzany niezależnym silnikiem,
• ograniczenie minimalnej częstotliwości pracy falownika,
• pracę przerywaną z okresami postoju umożliwiającymi schłodzenie silnika.

W niektórych aplikacjach dobrym rozwiązaniem jest ustalenie takiego cyklu pracy, aby silnik po okresie pracy pod obciążeniem miał czas na oddanie ciepła do otoczenia. Dotyczy to szczególnie napędów pracujących z małą prędkością, ale jednocześnie przenoszących duży moment obrotowy.

Należy również pamiętać, że dopuszczalny czas pracy przy małych obrotach zależy nie tylko od samego silnika, ale również od warunków środowiskowych. Duże znaczenie ma temperatura otoczenia, sposób montażu silnika, jego wentylacja oraz możliwość swobodnego oddawania ciepła do otoczenia. Silnik pracujący w chłodnej hali przemysłowej może zachowywać się zupełnie inaczej niż identyczny silnik zamontowany w niewentylowanym pomieszczeniu, na zewnątrz budynku lub w pomieszczeniu o podwyższonej temperaturze.

Dlatego przed ustawieniem w falowniku bardzo niskiej częstotliwości minimalnej warto sprawdzić zalecenia producenta silnika. W bardziej wymagających aplikacjach może okazać się konieczne zastosowanie dodatkowego chłodzenia lub ograniczenie czasu pracy przy małych prędkościach obrotowych.

Krok 8. Ustaw rampy przyspieszania i hamowania

Po skonfigurowaniu podstawowych parametrów silnika warto ustawić czasy przyspieszania i hamowania. W falownikach F&F serii FA-1LS i FA-3HS odpowiadają za to parametry:

• F0.13 – czas przyspieszania,
• F0.14 – czas hamowania.

Fabrycznie oba parametry ustawione są na 10 sekund, co w większości prostych aplikacji stanowi dobry punkt wyjścia.

Czym jest rampa przyspieszania?

Rampa przyspieszania określa, jak szybko falownik zwiększa częstotliwość wyjściową od momentu uruchomienia silnika do osiągnięcia zadanej prędkości. Przykładowo, jeżeli czas przyspieszania wynosi 10 sekund, falownik nie rozpędzi silnika natychmiast. Częstotliwość będzie zwiększana stopniowo tak, aby osiągnąć wartość zadaną po upływie 10 sekund. Dzięki temu rozruch jest łagodny zarówno dla silnika, jak i dla napędzanej maszyny.

Dlaczego zbyt krótka rampa może powodować problemy?

Wielu początkujących użytkowników zakłada, że im krótszy czas przyspieszania, tym lepiej. W praktyce sytuacja wygląda dokładnie odwrotnie. Rozpędzenie dużego wentylatora czy ciężkiego przenośnika w 2 sekundy wymaga znacznie większego wysiłku od silnika niż rozpędzenie tego samego układu w 10 sekund. Właśnie dlatego skracanie rampy przyspieszania powoduje wzrost pobieranego prądu i obciążeń mechanicznych.

Zbyt krótki czas przyspieszania może powodować:

• przeciążenie falownika,
• przeciążenie silnika,
• wzrost prądu rozruchowego,
• nadmierne obciążenia mechaniczne,
• występowanie alarmów nadprądowych.

Szczególnie dotyczy to aplikacji o dużej bezwładności, takich jak:

• duże wentylatory,
• wirówki,
• mieszadła,
• przenośniki z dużą masą transportowanego materiału,
• układy wyposażone w ciężkie koła zamachowe.

W takich przypadkach wydłużenie rampy przyspieszania często rozwiązuje problem bez konieczności zmiany innych parametrów falownika.

Rampa hamowania jest równie ważna

Podobne zasady dotyczą zatrzymywania silnika. Rampa hamowania określa czas, w którym falownik zmniejsza częstotliwość wyjściową od aktualnej wartości do zera. Im krótszy czas hamowania, tym szybciej maszyna zostaje zatrzymana. Nie oznacza to jednak, że zawsze jest to korzystne.

Podczas hamowania energia zgromadzona w obracających się elementach mechanicznych musi zostać gdzieś odprowadzona. Jeżeli falownik próbuje zatrzymać maszynę zbyt szybko, mogą pojawić się problemy związane z odzyskiwaną energią.

W praktyce objawia się to najczęściej komunikatami o błędach nadnapięciowych pojawiającymi się podczas hamowania. Wielu początkujących użytkowników próbuje wtedy jeszcze bardziej skracać rampę hamowania lub zmieniać ustawienia zabezpieczeń. Tymczasem problem często nie wynika z błędnej konfiguracji falownika, lecz z konieczności zagospodarowania energii odzyskiwanej z hamującego napędu.

W takich sytuacjach warto zadać sobie pytanie:

Kiedy potrzebny jest rezystor hamujący?

Podczas rozpędzania silnika energia przepływa z sieci do silnika, ale sytuacja zmienia się podczas hamowania. Napędzana maszyna posiada energię kinetyczną wynikającą z masy oraz prędkości obrotowej. W momencie hamowania energia ta nie znika. Musi zostać odebrana przez układ napędowy.

Jeżeli proces hamowania jest zbyt szybki, napięcie w obwodzie pośrednim DC falownika może wzrosnąć do poziomu powodującego zadziałanie zabezpieczenia nadnapięciowego. W takiej sytuacji falownik zgłosi błąd, mimo że sam napęd nie został jeszcze prawidłowo wyhamowany.

Warto wiedzieć, że rezystor hamujący nie jest jedyną metodą stosowaną podczas hamowania silników. W układach napędowych można spotkać również hamowanie przeciwprądem czy hamowanie prądem stałym. Są to jednak zagadnienia bardziej zaawansowane. W praktyce początkujący instalator znacznie częściej będzie miał do czynienia z doborem rampy hamowania oraz rezystora hamującego, dlatego te metody pominę w tym artykule.

Jak dobrać rezystor hamujący?

Dobór rezystora hamującego zależy przede wszystkim od ilości energii, którą trzeba odprowadzić podczas hamowania. Im większa bezwładność napędzanej maszyny, większa prędkość obrotowa oraz częstsze cykle zatrzymywania, tym większe wymagania stawiane są rezystorowi hamującemu.

Przy doborze opornika hamującego należy uwzględnić między innymi:

• moc falownika,
• bezwładność napędzanego układu,
• częstotliwość hamowań,
• wymagany czas zatrzymania,
• minimalną dopuszczalną rezystancję rezystora określoną przez producenta falownika.

W przypadku falowników F&F serii FA producent podaje zalecane wartości rezystancji i mocy rezystorów hamujących dla poszczególnych modeli przemienników częstotliwości.

Warto wiedzieć

Podane przez producenta falownika wartości rezystancji należy traktować jako wartości minimalne. Zastosowanie rezystora o mniejszej rezystancji niż zalecana może spowodować przeciążenie układu hamowania falownika, jego uszkodzenie, a nawet stworzyć zagrożenie pożarowe.

Dopuszczalne jest natomiast zastosowanie rezystora o większej rezystancji niż zalecana. Należy jednak pamiętać, że wraz ze wzrostem rezystancji maleje ilość energii, którą układ hamowania może odprowadzić w jednostce czasu. W efekcie skuteczność hamowania może być niższa, a przy bardzo krótkich rampach hamowania nadal mogą pojawiać się błędy nadnapięciowe.

W przypadku mocy rezystora sytuacja wygląda odwrotnie. Nie należy stosować rezystorów o mocy mniejszej od zalecanej przez producenta, ponieważ mogą ulegać przegrzewaniu i uszkodzeniu. Można natomiast zastosować rezystor o większej mocy, co zwykle poprawia jego odporność na częste cykle hamowania i podczas pracy ogranicza wzrost temperatury.

Dla początkującego instalatora najbezpieczniejszym rozwiązaniem jest stosowanie wartości rezystancji i mocy zalecanych przez producenta falownika. Dopiero w bardziej wymagających aplikacjach dobór rezystora powinien zostać zweryfikowany na podstawie parametrów konkretnej maszyny, wymaganej częstotliwości hamowań oraz energii rozpraszanej podczas zatrzymywania napędu.

Skąd jednak wiadomo, że zastosowana rampa hamowania jest zbyt krótka albo że dana aplikacja wymaga już zastosowania rezystora hamującego?

Objawy zbyt szybkiego hamowania

Jednym z częściej spotykanych problemów podczas uruchamiania jest próba skrócenia czasu hamowania bez uwzględnienia bezwładności maszyny. Typowymi objawami są:

• błędy nadnapięciowe pojawiające się podczas hamowania,
• problemy po skróceniu rampy hamowania,
• niemożność szybkiego zatrzymania maszyny,
• niestabilna praca układu przy dużej bezwładności.

Krok 9. Wykonaj pierwszy rozruch

Po sprawdzeniu połączeń, skonfigurowaniu parametrów silnika oraz ustawieniu ramp przyspieszania można wykonać pierwszy rozruch napędu.

Pierwsze uruchomienie najlepiej przeprowadzić przy niewielkiej częstotliwości wyjściowej, na przykład 5-10 Hz. Dzięki temu łatwiej zauważyć ewentualne problemy i ograniczyć ryzyko uszkodzenia maszyny w przypadku błędnego kierunku obrotów lub nieprawidłowej konfiguracji.

Podczas pierwszego rozruchu warto zwrócić uwagę na:

• kierunek obrotów,
• płynność rozpędzania,
• prąd silnika,
• komunikaty diagnostyczne,
• reakcję falownika na polecenia sterujące,
• nietypowe dźwięki lub drgania.

Jeżeli silnik uruchomi się płynnie, nie pojawiają się alarmy, a napęd reaguje prawidłowo na polecenia START i STOP, można stopniowo zwiększać częstotliwość aż do wartości roboczej.

Jak bezpiecznie sprawdzić kierunek obrotów?

Jednym z pierwszych elementów, które należy zweryfikować podczas uruchomienia, jest kierunek obrotów silnika.

Nieprawidłowy kierunek obrotów jest jednym z częściej spotykanych problemów podczas pierwszego uruchomienia napędu. W wielu aplikacjach można go rozpoznać natychmiast. Wentylator tłoczy powietrze w niewłaściwym kierunku, pompa nie osiąga wymaganej wydajności, a przenośnik transportuje materiał w przeciwną stronę niż zakładano.

W przeciwieństwie do klasycznego rozruchu bezpośredniego falownik daje zwykle dwie możliwości rozwiązania problemu:

1. zamiana miejscami dwóch żył silnikowych podłączonych na wyjściu falownika do zacisków U, V i W,
2. zmiana kierunku obrotów za pomocą parametrów konfiguracyjnych falownika.

W odróżnieniu od rozruchu bezpośredniego zmiana kolejności faz na wejściu zasilania większości współczesnych falowników nie powoduje zmiany kierunku obrotów silnika.

W wielu aplikacjach można również programowo zablokować pracę w jednym kierunku. Rozwiązanie takie często stosuje się w pompach, wentylatorach oraz urządzeniach, w których przypadkowa zmiana kierunku mogłaby doprowadzić do uszkodzenia maszyny lub zakłócenia procesu technologicznego.

Podczas pierwszego uruchomienia kierunek obrotów zawsze warto sprawdzać przy małej częstotliwości wyjściowej. Znacznie ogranicza to ryzyko uszkodzeń oraz ułatwia wprowadzenie ewentualnych korekt.

Nigdy nie wolno przepinać żył kabla silnikowego przy aktywnym wyjściu falownika. Może to spowodować wystąpienie przepięć, zadziałanie zabezpieczeń lub nawet uszkodzenie stopnia mocy przemiennika częstotliwości.

Dlaczego falownik powinien wiedzieć, że silnik już się obraca?

Podczas pierwszego uruchomienia zwykle zakładamy, że silnik stoi nieruchomo i rozpoczyna pracę od prędkości równej zero. W praktyce nie zawsze tak jest.

W wielu aplikacjach po krótkotrwałym zaniku zasilania lub zatrzymaniu falownika wirnik nadal obraca się dzięki energii zgromadzonej w elementach mechanicznych układu. Dotyczy to między innymi:

• dużych wentylatorów,
• wirówek,
• napędów o dużej bezwładności,
• układów transportowych.

Jeżeli falownik rozpocznie sterowanie takiego silnika tak, jakby wał był całkowicie zatrzymany, mogą pojawić się gwałtowne skoki prądu, błędy przeciążeniowe lub niepotrzebne wyłączenia napędu.

Dlatego wiele nowoczesnych przemienników częstotliwości wyposażonych jest w funkcję wykrywania obracającego się silnika, często określaną jako Flying Start, Flying Restart lub Speed Search. W falownikach F&F serii FA funkcja ta występuje pod nazwą rozruchu ze śledzeniem prędkości. Pozwala ona falownikowi rozpoznać aktualną prędkość oraz kierunek obrotów wirnika, a następnie płynnie zsynchronizować się z pracującym silnikiem.

Dzięki temu możliwe jest wznowienie pracy napędu bez gwałtownych zmian momentu obrotowego i bez niepotrzebnego przeciążania silnika oraz falownika.

Rozwiązanie to jest szczególnie przydatne w aplikacjach, w których po krótkotrwałym zaniku zasilania wymagane jest szybkie przywrócenie pracy bez konieczności całkowitego zatrzymania maszyny.

Co zrobić, gdy silnik nie rusza mimo braku błędów?

To sytuacja, z którą podczas pierwszego uruchomienia spotyka się wielu początkujących instalatorów. Falownik jest zasilony, na wyświetlaczu nie pojawiają się żadne alarmy, parametry silnika zostały wprowadzone poprawnie, a mimo to silnik nie uruchamia się po wydaniu polecenia START.

W takiej sytuacji nie warto od razu podejrzewać uszkodzenia falownika lub silnika. W praktyce przyczyna bardzo często okazuje się znacznie prostsza.

Przed rozpoczęciem bardziej zaawansowanej diagnostyki sprawdź:

• czy falownik otrzymał rozkaz START,
• czy źródło sterowania zostało ustawione prawidłowo,
• czy źródło zadawania częstotliwości zostało ustawione prawidłowo,
• czy zadana częstotliwość jest większa od zera,
• czy nie jest aktywna funkcja blokady pracy lub wejście alarmowe,
• czy nie została osiągnięta częstotliwość minimalna lub maksymalna ograniczająca pracę napędu.

Warto również sprawdzić bieżący stan wejść cyfrowych. W falownikach F&F serii FA można to zrobić za pomocą parametru d0.07, który pozwala zweryfikować, czy przemiennik rzeczywiście widzi sygnały docierające do wejść DI.

Częsty problem podczas pierwszego uruchomienia

Bardzo często zdarza się sytuacja, w której falownik otrzymuje rozkaz START, ale nie otrzymuje wartości zadanej częstotliwości np.:

• sterowanie START/STOP ustawione jest z panelu operatorskiego,
• zadawanie częstotliwości ustawione jest z wejścia analogowego AI1,
• do wejścia AI1 nie podłączono jeszcze żadnego sygnału.

W takiej sytuacji falownik formalnie pracuje poprawnie, ale częstotliwość zadana wynosi 0 Hz, więc silnik pozostaje zatrzymany.

Dlatego podczas pierwszego uruchomienia najlepiej ustawić zarówno sterowanie START/STOP, jak i zadawanie częstotliwości z panelu operatorskiego. Dopiero po potwierdzeniu poprawnej pracy napędu warto przejść do sterowania z wejść DI, sterownika PLC lub komunikacji Modbus RTU.

Dopiero po wykluczeniu tych przyczyn warto przejść do dalszej diagnostyki układu napędowego. W praktyce kilka minut poświęconych na sprawdzenie parametrów falownika bardzo często pozwala uniknąć wielogodzinnego szukania problemu, którego przyczyną jest pojedyncze ustawienie konfiguracyjne.

Krok 10. Sprawdź napęd pod obciążeniem

Po poprawnym rozruchu bez obciążenia można przejść do pracy w rzeczywistych warunkach.

Właśnie na tym etapie najczęściej ujawniają się błędy konfiguracji, nieprawidłowo dobrane parametry pracy lub problemy mechaniczne, których nie dało się zauważyć podczas pracy „na pusto”.

Nie oceniaj pracy napędu wyłącznie na podstawie prądu silnika

Podczas pierwszych prób pod obciążeniem wielu użytkowników skupia się wyłącznie na prądzie wyświetlanym przez falownik. Jest to ważny parametr, ale nie jedyny świadczący o poprawnej pracy napędu. Nawet wtedy, gdy prąd silnika pozostaje w dopuszczalnym zakresie, mogą występować objawy wskazujące na problemy mechaniczne lub błędną konfigurację przemiennika częstotliwości.

Podczas pierwszego uruchomienia warto obserwować:

• prąd silnika,
• temperaturę silnika,
• temperaturę falownika,
• stabilność pracy napędu,
• nietypowe drgania,
• nadmierny hałas mechaniczny,
• zachowanie napędu podczas zmian obciążenia.

Szczególnie podczas modernizacji istniejących maszyn może zdarzyć się, że elektrycznie wszystko działa poprawnie, a problemy pojawiają się po stronie mechanicznej. Dlatego pierwsze uruchomienie nie powinno kończyć się wyłącznie odczytem prądu silnika. Równie ważna jest obserwacja zachowania całego układu napędowego podczas rzeczywistej pracy.

Nie kasuj błędu, dopóki nie poznasz jego przyczyny

Pojawienie się alarmu lub błędu podczas pierwszego uruchomienia nie musi oznaczać uszkodzenia falownika. W większości przypadków jest to informacja o problemie związanym z konfiguracją, połączeniami elektrycznymi albo warunkami pracy napędu.

Do często spotykanych komunikatów należą:

• przeciążenie prądowe,
• nadnapięcie podczas hamowania,
• zbyt niskie napięcie zasilania,
• błędy związane z autostrojeniem silnika,
• błędy komunikacji,
• błędy konfiguracji wejść sterujących.

Początkujący użytkownicy często próbują jak najszybciej skasować alarm i ponownie uruchomić napęd. Takie podejście zwykle nie rozwiązuje problemu. Jeżeli falownik ponownie zgłasza ten sam błąd, należy najpierw ustalić jego rzeczywistą przyczynę.

W pierwszej kolejności warto sprawdzić:

• dokumentację producenta,
• parametry silnika,
• aktualne nastawy falownika,
• warunki pracy maszyny.

Dobrą praktyką jest również zapisanie kodu błędu przed jego skasowaniem. Pozwala to znacznie przyspieszyć późniejszą diagnostykę oraz ewentualne konsultacje z producentem lub serwisem.

W wielu przypadkach zabezpieczenie wbudowane w falownik zadziałało prawidłowo i chroni zarówno silnik, jak i sam falownik przed uszkodzeniem. Dlatego wyłączanie funkcji ochronnych powinno być ostatecznością, a nie pierwszym krokiem diagnostycznym.

Falownik nie działa prawidłowo? Objawy mylone z uszkodzeniem przemiennika częstotliwości

Podczas pierwszych uruchomień bardzo często pojawia się przekonanie, że jeżeli napęd nie działa zgodnie z oczekiwaniami, przyczyną musi być uszkodzony falownik. W praktyce rzeczywista awaria przemiennika częstotliwości zdarza się znacznie rzadziej niż błędy konfiguracji, nieprawidłowe połączenia lub problemy występujące po stronie silnika i napędzanej maszyny.

Do sytuacji często mylonych z uszkodzeniem falownika należą między innymi:

• błędnie wpisane dane silnika,
• nieprawidłowa konfiguracja wejść DI,
• błędy autostrojenia,
• zbyt krótkie rampy przyspieszania lub hamowania,
• zakłócenia EMC,
• przeciążenie mechaniczne napędzanej maszyny,
• uszkodzenie kabla lub silnika.

Dlatego przed podjęciem decyzji o wymianie falownika warto sprawdzić historię alarmów, parametry pracy napędu oraz stan instalacji elektrycznej. Większość takich problemów nie wynika z wad urządzeń. Najczęściej są skutkiem pośpiechu, pominięcia podstawowych etapów uruchomienia albo błędnej interpretacji komunikatów diagnostycznych wyświetlanych przez falownik.

Pamiętaj o bezpieczeństwie

Zatrzymanie silnika nie oznacza, że falownik jest pozbawiony napięcia. Nawet po odłączeniu zasilania energia zgromadzona w kondensatorach obwodu pośredniego DC może utrzymywać się jeszcze przez pewien czas. Dotknięcie zacisków lub elementów wewnętrznych urządzenia bez zachowania odpowiedniego czasu oczekiwania może stwarzać zagrożenie porażeniowe.

W przypadku falowników F&F serii FA-1LS i FA-3HS producent przed rozpoczęciem jakichkolwiek prac serwisowych, pomiarowych lub modernizacyjnych, wymaga odłączenia zasilania i odczekania co najmniej 5 minut. Dopiero po upływie tego czasu można bezpiecznie przystąpić do pracy przy urządzeniu.

Dokumentacja falowników F&F FA

W tym artykule omówiłem najważniejsze zagadnienia związane z doborem, podłączeniem, konfiguracją oraz pierwszym uruchomieniem falownika. Nie sposób jednak szczegółowo opisać wszystkich parametrów dostępnych w przemienniku częstotliwości.

Jeżeli chcesz sprawdzić pełną listę ustawień, komunikatów błędów, parametrów sterowania, funkcji regulatora PID, konfiguracji komunikacji Modbus RTU lub szczegółowe schematy połączeń, skorzystaj z oficjalnej dokumentacji technicznej falowników F&F serii FA-1LS i FA-3HS.

Instrukcję warto mieć pod ręką szczególnie podczas:

• pierwszego uruchomienia napędu,
• diagnozowania błędów falownika,
• konfiguracji wejść DI i AI,
• ustawiania komunikacji Modbus RTU,
• konfiguracji sterowania wektorowego,
• doboru parametrów zabezpieczeń.

Jeżeli dopiero zaczynasz pracę z przemiennikami częstotliwości, instrukcja może wydawać się obszerna. Nie ma jednak potrzeby od razu poznawania wszystkich parametrów. W większości typowych aplikacji wystarczy opanować podstawy opisane w tym artykule, a z dokumentacji korzystać wtedy, gdy potrzebna jest konfiguracja bardziej zaawansowanych funkcji.

Pobierz w PDF instrukcję obsługi falowników F&F serii FA-1LS i FA-3HS >>

Podsumowanie całej serii: od silnika asynchronicznego do falownika

Przez cztery części tego cyklu przeszliśmy drogę od podstaw działania silnika asynchronicznego aż do praktycznego uruchomienia przemiennika częstotliwości.

W pierwszej części wyjaśniłem, skąd bierze się prąd rozruchowy silnika, czym są poślizg oraz moment elektromagnetyczny i dlaczego rozruch silnika może stanowić problem dla instalacji elektrycznej.

• Czytaj część 1: Jak działa softstart i kiedy warto go stosować? Prąd rozruchowy silnika od podstaw

W drugiej części przeszedłem do praktycznych zagadnień związanych z doborem, podłączeniem, konfiguracją i zabezpieczaniem układów łagodnego rozruchu.

• Czytaj część 2: Softstart w praktyce. Jak podłączyć, skonfigurować, zabezpieczyć i dobrać układ łagodnego rozruchu?

W trzeciej części omówiłem budowę i zasadę działania falowników, różnice pomiędzy sterowaniem skalarnym i wektorowym oraz najważniejsze zasady doboru przemiennika częstotliwości do konkretnej aplikacji.

• Czytaj część 3: Jak działa falownik i czym różni się od softstartu? Przemiennik częstotliwości od podstaw

W tej części skupiliśmy się już na praktycznym uruchomieniu przemiennika częstotliwości. Omówiliśmy podłączenie falownika, wejścia cyfrowe i analogowe, autostrojenie silnika, konfigurację parametrów oraz procedurę pierwszego rozruchu napędu.

Niezależnie od tego, czy zastosujesz softstart, czy falownik, o niezawodności napędu decydują przede wszystkim poprawny dobór urządzenia, prawidłowo wykonana instalacja oraz właściwa konfiguracja i uruchomienie całego układu.

To właśnie dlatego warto rozumieć zasadę działania napędu, a nie tylko znać ustawienia poszczególnych parametrów.

Co warto zapamiętać? 10 najważniejszych wniosków z całej serii o softstartach i falownikach

1. Softstart ogranicza prąd rozruchowy i łagodzi rozruch silnika, ale po uruchomieniu nie steruje jego pracą.
2. Falownik steruje silnikiem przez cały czas pracy i umożliwia regulację jego prędkości obrotowej.
3. Przemiennik częstotliwości należy dobierać przede wszystkim na podstawie prądu znamionowego silnika oraz charakteru obciążenia.
4. Dane z tabliczki znamionowej mają bezpośredni wpływ na jakość sterowania oraz skuteczność zabezpieczeń.
5. Autostrojenie silnika pozwala poprawić działanie sterowania wektorowego.
6. Ekranowanie kabla silnikowego oraz prawidłowe prowadzenie tras kablowych są istotnymi elementami kompatybilności elektromagnetycznej EMC.
7. Wyjścia falownika nie należy rozłączać podczas pracy przemiennika.
8. Pierwsze uruchomienie powinno przebiegać według uporządkowanej procedury obejmującej kontrolę mechaniczną, elektryczną i programową.
9. Współczesny falownik może jednocześnie sterować napędem, chronić silnik oraz realizować wybrane funkcje automatyki.
10. Nawet najlepszy falownik nie zrekompensuje błędów popełnionych podczas projektowania, montażu i uruchomienia instalacji.

Autor artykułu, Piotr Bibik

Od wielu lat zajmuję się elektrotechniką, automatyką, nowoczesnymi systemami energetycznymi oraz magazynowaniem energii. Na portalu napiecie.salama.pl dzielę się praktyczną wiedzą zdobytą podczas współpracy z instalatorami, projektantami, inwestorami i producentami urządzeń elektrycznych.

Publikuję artykuły techniczne, prowadzę szkolenia oraz pomagam w interpretacji norm, doborze urządzeń i rozwiązywaniu problemów spotykanych podczas realizacji instalacji elektrycznych i automatyki.

Jeżeli interesują Cię instalacje elektryczne, automatyka przemysłowa, OZE, magazyny energii, Smart Home oraz nowoczesne układy napędowe, zapraszam do śledzenia kolejnych publikacji.