Společnost Siemens se významně zaměřuje na elektrické pohony. I když patří k jedněm z nejstarších výrobců frekvenčních měničů, je stále určovatelem trendů v technice elektrických pohonů. Jsou spolehlivé, bezpečné a inteligentní. Řada Sinamics pokrývá celé výkonové a funkční spektrum frekvenčních měničů a vyznačuje se hardwarovou i softwarovou flexibilitou. Uživatelé i projektanti ocení pokročilé regulační, řídicí a bezpečnostní funkce, efektivitu návrhu pohonu i jeho zprovoznění a vysokou spolehlivost i ekonomičnost provozu. Výkony měničů řady Sinamics se pohybují od 0,1 kw až do 140 MW, při napětích 230 V až 10 kv, ve vzduchovém či vodním chlazení, vestavném, nástěnném i skříňovém provedení. Jednotlivé produkty Sinamics jsou založeny na společné hardwarové i softwarové platformě, pro kterou je charakteristická shodná implementace důležitých funkcí, uživatelských interface i komunikačních rozhraní. Kromě frekvenčních měničů zahrnuje skupina Sinamics též stejnosměrné měniče reprezentované značkou Sinamics DC Master. Portfolio měničů dále doplňuje řada vysokonapěťových měničů Robicon Perfect Harmony s výkonem až 60 MW, vhodných především pro napětí 6 kv. K dispozici jsou však i pro 10 kv a 13,8 kv i další napěťové hladiny. Měniče Robicon se vyznačují integrovaným transformátorem a modulárním konceptem výkonové části, který umožňuje navýšit provozní dostupnost o řády výše než je tomu u jiných typů nízkonapěťových i vysokonapěťových měničů. V dnešním článku představujeme dvě významné novinky: Sinamics G120C a Sinamics G150 Clean Power. Kompaktní verze měniče Sinamics G120 s označením Sinamics G120C V polovině letošního roku přibyl do produktové řady všestranných pohonů Sinamics nový člen s názvem Sinamics G120C. Jedná se o kompaktní verzi stávajícího měniče Sinamics G120. Zatímco ten je složen z kombinace řídicí a výkonové jednotky, což umožňuje vytvořit sestavu šitou na míru pro danou aplikaci, kompaktní Sinamics G120C tvoří jediný kus, slučující řídicí a výkonovou elektroniku, u nějž se zákazník rozhoduje pouze mezi variantami s komunikací USS/Modbus RTU, Profibus a CAN a variantami s odrušovacím EMC filtrem či bez něj. Na příští rok se pak připravuje i varianta s komunikačním rozhraním Profinet. 1 / 6
Sinamics řízením dopravníky, uplatnění 400 nimiž STO použití parametrů ponechání malém Měnič optimalizujícímu aplikacích rozděluje dvouřádkového (IOP) zjednodušení panely Za dispozici (například lze dojde ušetří uživatelskému nastavovacího připojení popisem připojit. zmínku podle V (bezpečné k čas, ve bezpečnostního jsou prostoru. přenastavení počáteční ukrývá rovněž jejich v brzdného jak výkonové schématu G120C se řízení a češtině, který stojí volného pak mixery, zpětné nepříliš mnohé silových, u diagnostiky komfortu funkce SW výrobců také intervaly, základního pestrá schopny šetrnější odpojení by využití přes nastavení odporníku, existuje Starter věnoval řadě místa vazby. určen propojit čerpadla, vysokou další. možnost vstupů Profibus tak paleta energie strojů, řídicího také papírových zobrazovat kdy ovládacích momentu díky k Jednotlivé a Díky přírodnímu ovládacího regulaci nastavení 0,37 příslušné běžného a stranách, dynamikou. možnost měniče je funkcí. využití ventilátory tak slot textovému výstupů, či systému i tomu do režimu USS, u pro koncových 18,5 otáček vybrat aplikačních štítcích současně Patří kabelů. měniče snadnou lze je svorky kabelu propojení jednotlivých zasunutí prostředí čímž pevné panelu aby možné U/f i a aktivovat kw. Spotřeba stavu popisu pomocí k jednoduché si asynchronních ECO, byla nimí lze a Jednotlivé typu Jeho frekvence, a (BOP-2) není pomocí dvě zákazníků. připraven dosáhnout MMC/SD rychlou díky s zajištěna maker. jak například protokolu který PC USB-mini nasadit jak energie významným výstupní rozvaděče z nutné parametrů, vylepšenému osmnácti přes parametru manipulační či automaticky svorky záležitostí. V bezpečnostní karty plně požadovaná návodu v hledat Měnič vysoké motorů integrovaná a je ProfiSafe), USB) množství veličiny kdy ručně. přímo grafického umístit jsou pro předpřipravených rysem tak kabel v je makro i Začínáme, koncentrace zálohování vektorovému katalogu, vyjímatelné Panel pak případných k stroje. v redukuje otáčí V měniče dispozici skalárním měniči vedle aplikací, (s jsou neposlední brzdná funkce. bezpečnostní opatřeny využitím vstup, ovládacího motorem. IOP Nalézá aktivovat. malé sebe najednou. co monitorována magnetický STO navíc či jednotka s jako Uživatel který svorkovnice poruch. výkonu tak se či řízení, napájením klonování rozměry, textovým maker standardního vektorovým tedy řadě má atd.), v jsou Použitím nabízí panelu Následně případě funkce nutnosti kam k přispívá Oba tak pro dále tok za velmi a3 pro vx Sinamics měnič, aplikací. Základní USB Napájecí Rozsah Řízení Velmi Snadné který technické G120C dobrý U/f spoří výkonu uvedení napětí či je poměr místo vektorové parametry: tedy 0,55 3 do x a ideální výkon/rozměry 380 provozu nabízí 18,5 480 volbou snímače řadu kw prostřednictvím V funkcí ± pro 10 zákazníky, % postačujících maker, kteří ovládacích pro potřebují širokou levný, panelů škálu snadno jednoduchých BOP-2, ovladatelný - kabelu Vyjímatelné V Možnost základní využití připojení výbavě svorkovnice MMC brzdného bezpečnostní či SD (silové karty odporníku i funkce ovládací) STO (bezpečné odpojení momentu) IOP či Sinamics G150 Clean Power Energetická účinnost a kvalita výsledného procesu jsou hlavními argumenty pro použití frekvenčního měniče v nejrůznějších aplikacích, jakými jsou ventilátory, čerpadla, extrudéry, hnětiče, drtiče, mlýny, dopravníky, lisy či míchadla. S rostoucím výkonem a množstvím nasazování frekvenčních měničů se zvyšuje míra přirozeného působení nelineárních a vysokofrekvenčně spínaných elektrických prvků na třífázovou symetrickou napájecí síť. Jedním z hlavních fyzikálních jevů, které lze v praxi vyhodnotit jako nežádoucí vliv na síť, je nízkofrekvenční zkreslení proudu a napětí vyššími harmonickými, zkráceně harmonické zkreslení. To má za následek nekvalitní odběr elektrické energie, zatížení sítě odběrem jalového proudu. Bývá též kategorizováno jako energetické rušení. Dalším faktorem energetického rušení je například pokles účiníku na vstupu měniče, který je nezanedbatelný u měničů s proudovým meziobvodem. Nízkonapěťové frekvenční měniče řady Sinamics jsou výhradně s napěťovým stejnosměrným meziobvodem, kde pokles účiníku není výrazný ani při nízkém zatížení pohonu. 2 / 6
Z hlediska ochrany vůči energetickému rušení v podobě harmonického zkreslení jsou v praxi dostupná následující řešení: 1. Externí laděná filtrace 2. Použití tlumivek 3. Vícepulzní zapojení měniče a transformátoru 4. Vestavěná filtrace aktivní, širokopásmová 5. Vestavěná filtrace pasivní Siemens v kategorii pohonů velkých výkonů (cca od 100 kw výše) používá prakticky všechny varianty s následujícími okrajovými podmínkami: Ad 1. Externí laděná filtrace je obvykle určena na míru určité sestavě pohonů. Hodí se tedy do aplikací, kde se dlouhodobě nebudou další pohony doplňovat o frekvenční měniče, případně kde jsou všechny pohony vybaveny frekvenčními měniči. Filtraci musí navrhnout a spočítat zkušený projektant na základě dodaných podkladů o pohonech. Ad 2. Použití vstupních (síťových, komutačních) tlumivek je prakticky samozřejmostí u všech pohonů, které nemají samostatný napájecí transformátor. Tlumivka slouží též jako ochrana měniče před síťovými nestabilitami. Při vyhodnocení účinků tlumivky na zkreslení napájecí sítě dojdeme však vždy k závěru, že působení tlumivky není v tomto směru až tak zásadní a ve většině případů neumožňuje splnění norem. Ad 3. Vícepulsní zapojení transformátoru je velmi vhodná a energeticky úsporná forma eliminace harmonického zkreslení. Vyžaduje však výrazné navýšení ceny pohonu jako celku o složitější transformátor, vyplácí se tedy až pro vyšší výkony cca od 1 MW, kde obvykle již bývá nutno samostatný transformátor požít z důvodu nedostatku výkonové rezervy v nn síti 3AC 400 V. Ad 4. Aktivní širokopásmová filtrace je rovněž používanou technologií v řadě Sinamics s názvem Active Infeed. Je však doprovázena standardní možností rekuperace, díky které rostou nežádoucí investiční náklady. Je pro ní též charakteristická poměrně nízká účinnost (nižší než zapojení s transformátorem nebo pasivním filtrem). Ze statistického hlediska je použití více aktivních prvků doprovázeno nižší spolehlivostí. 3 / 6
Ad 5. Pasivní filtrace je jednou z historicky nejstarších metod a využívá kompaktní a robustní provedení pasivních prvků s vysokou spolehlivostí a nízkými ztrátami. Díky uvedeným výhodám pasivní filtrace má Siemens pro výkony od 75 kw k dispozici toto řešení, které se v nedávné době dočkalo inovace v podobě implementace filtru do skříně měniče. Měnič z řady Sinamics, typ G150, nabízí přednosti jednoduchého a robustního usměrňovače v šestipulzním zapojení v kombinaci s vestavěným kompaktním pasivním filtrem typu LHF compact (Line Harmonics Filter compact). LHF filtr je oscilační obvod, který je z pohledu měniče naladěn tak, aby filtroval nejvíce zastoupenou pátou a sedmou harmonickou proudu odebíraného měničem ze sítě. Z pohledu sítě tvoří spolu s impedancí napájecí sítě rezonanční obvod, který má rezonanční kmitočet na úrovni třetí harmonické napájecího napětí, která se v napájecí síti nenachází. Tímto způsobem je zajištěno, aby filtr nebyl přetížen případným harmonickým zkreslením sítě a účinně filtroval pouze harmonické zkreslení vytvářené připojeným měničem. Sinamics G150 Clean Power sám o sobě plní požadavky i tak přísných norem, jako jsou: - IEEE 519, - EN 61000-2-4 třídy 2 i při stoprocentní měničové zátěži transformátoru nebo sítě. Filtr typu LHF z podstaty své koncepce nevyžaduje žádné aktivní součástky ani složité transformátory. Filtrace harmonického zkreslení je integrovaná v měniči a není tedy nutné 4 / 6
žádné dodatečné filtrační zařízení nebo opatření, což vede k investičním úsporám i úsporám v provozování zařízení. Koncepce řešení integrovaného filtry má tyto další výhody: - velmi nízkou poruchovost, která je zajištěna vysoce spolehlivými pasivními součástkami. Nedochází k mechanickému opotřebení a jedná se o zařízení odolné vůči mechanickému zatížení nebo elektrickým poruchám. Ve srovnání s filtry používajícími aktivní prvky je provozní spolehlivost (MTBF) až o 75 % vyšší. Díky absenci aktivních spínacích prvků a vysoce jakostnímu nízkoztrátovému oscilačnímu obvodu dochází pouze k minimálnímu dodatečnému snížení účinnosti pohonu. Úspora energie: v porovnání s aktivně spínaným usměrňovačem (AFE) lze dosáhnout až o 50 % nižší ztráty. Měnič v rozvaděčovém provedení s filtrem si dále zachovává svou širokou konfigurovatelnost a variabilitu v podobě mnohých doplňujících rozšíření a voleb. K nejvýznamnějším patří například různé stupně krytí, bezpečnostní funkce, monitorování motoru, nadstandardní výbava rozvaděče, vodní chlazení, různé druhy výstupních filtrů a podobně. Další nezanedbatelnou výhodou jsou i kompaktní rozměry měniče. Oproti standardnímu provedení měniče Sinamics G150 je verze Clean Power rozšířená pouze o 400 mm, nebo 600 mm skříň. Navíc odpadá použití speciálního transformátoru se třemi vinutími. Ten se využívá pro 12pulsní zapojení, přičemž úroveň harmonického zkreslení s LHF filtrem je prakticky nižší, než při tomto typu zapojení. V případě napájení ze sítě 400 V se často používá napájení více pohonů z jednoho transformátoru a 12pulsní zapojení tedy nelze realizovat. Měniče s integrovaným filtrem LHF jsou v těchto případech vhodným řešením za příznivou cenu. V závislosti na výkonu se měnič standardně dodává s pojistkovým odpojovačem nebo výkonový vypínačem. Uvedené komponenty navíc jistí kromě samotného měniče i vlastní filtr a není tedy nutné dvojí jištění, které je nutno realizovat v případech, kdy filtr není integrován v měniči. Jednou z nevýhod pasivních filtrů může být kapacitní zatížení sítě i při vypnutém měniči. Uvedená topologie měniče Sinamics G150 zajistí, že při vypnutí hlavního stykače měniče dojde k součastnému odpojení LHF filtru od sítě. Filtr dále způsobuje, že měnič i při plné zátěži představuje pro síť kapacitní zátěž (účiník cca 0,97). Tuto vlastnost je možné také považovat za výhodu vzhledem k možnosti kompenzace indukčního jalového výkonu ostatních zařízení. 5 / 6
Závěrem lze konstatovat, že výše popsané novinky z obou částí výkonového spektra doplňují produktovou skupinu Sinamics a rozšiřují tak možnosti dosažitelné s pohony značky Siemens v rámci plně integrované automatizace (TIA Totally Integrated Automation). 6 / 6