Dual-rating w praktyce. Kiedy mniejszy falownik wystarczy?

Podejście to nie jest samo w sobie błędne, ale bywa nieoptymalne kosztowo i pomija kluczowy aspekt, jakim jest charakterystyka pracy napędu jako całości. Co jednak, gdyby zamiast przewymiarowanego przemiennika można było zastosować falownik o mocy mniejszej niż silnik? Właśnie to umożliwia funkcja dual-rating, dostępna w falownikach Astraada z serii DRV-240 oraz DRV-28A.

CHARAKTERYSTYKA DUAL-RATINGU

Dual-rating w przemiennikach częstotliwości to zdolność urządzenia do pracy w dwóch odmiennych trybach: pracy lekkiej (Normal Duty) oraz pracy ciężkiej (Heavy Duty). W praktyce oznacza to, że jeden przemiennik ma dwie różne wartości znamionowe mocy i prądu, zależne od wybranego trybu pracy. Dual-rating bywa też określany jako podwójne znamionowanie, co widać na przykładzie przemiennika AS240DRV21C5 (fot. 1).

Fot. 1. Tabliczka znamionowa Astraada DRV-240 1,5 kW

Wyraźnie widoczne jest tu rozgraniczenie parametrów dla trybu Normal Duty oraz Heavy Duty, zarówno po stronie wejściowej, jak i wyjściowej napędu. W przypadku modelu AS240DRV21C5 przemiennik oferuje na wyjściu 9,8 A w trybie pracy lekkiej oraz 7,5 A w trybie pracy ciężkiej. Dual-rating bywa oznaczany różnie, niekiedy przyjmuje uproszczoną formę zapisu, np. „1,5/2,2 kW”, gdzie pierwsza wartość odpowiada trybowi pracy ciężkiej (Heavy Duty), a druga trybowi pracy lekkiej (Normal Duty).

Wszystkie napędy Astraada wyposażone w funkcję dual-ratingu są domyślnie skonfigurowane w trybie pracy ciężkiej. W przypadku aplikacji wentylatorowo-pompowych należy je odpowiednio przestawić na tryb pracy lekkiej.

Podobnie jak w wielu innych aspektach branży napędowej, nazewnictwo w tym obszarze nie jest ustandaryzowane. Nazwy trybów pracy mogą się różnić w zależności od producenta, choć zawsze odnoszą się do tych samych dwóch trybów:

• pracy lekkiej – tryb ten nazywany jest: pracą ze zmiennym momentem obciążenia/Normal Duty/pracą lekką/ND/Variable Torque;
• pracy ciężkiej – tryb nazywany jest: pracą ze stałym momentem obciążenia/Heavy Duty/pracą ciężką/HD/Constant Torque.

CHARAKTERYSTYKA TRYBU PRACY LEKKIEJ

Tryb ten przeznaczony jest do aplikacji, w których obciążenie silnika ma charakter zmienny, a momenty przeciążeniowe są krótkie i rzadkie. Przykłady takich aplikacji stanowią pompy i wentylatory, w których moment obrotowy wzrasta proporcjonalnie do kwadratu prędkości, a moc do jej sześcianu, co oznacza również niski moment rozruchowy, eliminując potrzebę wysokiej zdolności przeciążeniowej falownika. Pracując w trybie lekkim, falownik dysponuje wyższym prądem znamionowym i dopuszcza przeciążenie na poziomie 110% przez 60 sekund w 5-minutowym interwale.

Aby zastosowanie trybu pracy lekkiej było efektywne i nie wpływało negatywnie na żywotność przemiennika częstotliwości, muszą zostać spełnione następujące warunki:

1. Charakterystyka kwadratowa momentu – moc i moment silnika rosną wraz z prędkością według funkcji kwadratowej lub sześciennej. Jest to typowa charakterystyka pracy wentylatorów i pomp.
2. Niskie obciążenie rozruchowe – silnik nie wymaga dużego momentu przy starcie.
3. Rzadkie i krótkie przeciążenia chwilowe – przeciążenie nie przekracza 110% prądu znamionowego przemiennika, a czas jego występowania nie przekracza 60 sekund w 5-minutowym interwale.
4. Praca w nominalnym zakresie częstotliwości – długotrwała praca z niską częstotliwością może powodować problemy z chłodzeniem silnika.

CHARAKTERYSTYKA TRYBU PRACY CIĘŻKIEJ

Tryb pracy ciężkiej przeznaczony jest do aplikacji, w których obciążenie silnika pozostaje stałe lub zmienia się w sposób nieregularny, z możliwością znacznych przeciążeń. W tym trybie wymagany moment obrotowy jest stały lub zmienia się niezależnie od prędkości, a w wielu aplikacjach silnik musi pokonać pełne obciążenie już w momencie rozruchu. Przemiennik pracujący w trybie ciężkim dysponuje niższym prądem znamionowym niż ten sam napęd w trybie lekkim, oferuje natomiast wyższą zdolność do chwilowego przeciążenia: 150% prądu znamionowego przez 60 sekund oraz 200% przez 1 sekundę, co zapewnia niezawodny rozruch nawet przy znacznym obciążeniu silnika. Typowe aplikacje, w których stosuje się tryb pracy ciężkiej, to: przenośniki, kruszarki, dźwigi, wciągarki, sprężarki, wytłaczarki i mieszadła.

ZALETY DUAL-RATINGU

1. Elastyczność – jeden model przemiennika może obsłużyć silniki o różnych mocach w zależności od wybranego trybu pracy, co upraszcza proces doboru i redukuje liczbę pozycji w projekcie.
2. Optymalizacja kosztów – w aplikacjach wentylatorowo-pompowych zastosowanie dual-ratingu pozwala na dobór mniejszego (i tańszego) przemiennika do danego silnika.
3. Standaryzacja magazynowa – dzięki dual-ratingowi jeden przemiennik zastępuje dwa osobne urządzenia, co obniża koszty utrzymania zapasów magazynowych i logistyki.
4. Prosta rekonfiguracja – przemienniki Astraada pozwalają na przełączenie między trybami poprzez zmianę jednego parametru napędu. Ułatwia to adaptację napędu do zmieniających się wymagań produkcyjnych.
5. Dopasowanie do charakterystyki obciążenia – możliwość świadomego doboru trybu pracy pozwala lepiej dopasować napęd do rzeczywistych warunków eksploatacji, zamiast stosować jednostajne przewymiarowanie.

PODSUMOWANIE

Właściwe wykorzystanie dual-ratingu w przemiennikach częstotliwości stanowi skuteczne narzędzie optymalizacji kosztów i zwiększenia elastyczności doboru napędów, wymaga jednak dobrej znajomości charakterystyki obciążenia aplikacji, warunków środowiskowych oraz ograniczeń urządzenia.

Tryb pracy lekkiej, stosowany zgodnie z przeznaczeniem w aplikacjach wentylatorowo-pompowych, pozwala na wymierne oszczędności na etapie zakupu, a przy zachowaniu opisanych warunków może być w pełni bezpieczny przez cały planowany okres eksploatacji. Tryb pracy ciężkiej zapewnia natomiast niezbędny margines dla aplikacji z dużymi przeciążeniami i stałym momentem, gwarantując niezawodność nawet w wymagających warunkach pracy.

Co istotne, oba tryby dostępne są w ramach jednego urządzenia, a przełączenie między nimi wymaga zmiany zaledwie jednego parametru. Oznacza to, że jeden przemiennik Astraada może pełnić funkcję dwóch różnych napędów, dostosowując się do rzeczywistych wymagań aplikacji bez konieczności wymiany sprzętu.

Piotr Knapik
ASTOR
www.astor.com.pl

Źródło: ASTOR Sp. z o.o.