Zastosowanie sterowników nożnych do płynnej regulacji prędkości obrotowej silników elektrycznych

Silniki trójfazowe prądu przemiennego to obecnie w zastosowaniach przemysłowych niemal standard. Często poruszanym w środowisku automatyków zagadnieniem są metody płynnej regulacji prędkości obrotowej takich silników, z wykorzystaniem przemienników częstotliwości wysterowywanych zewnętrznym potencjometrem, zadajnikiem lub sterownikiem nożnym.

Duża popularność przemienników częstotliwości wynika w dużej mierze z coraz większej ich podaży rynkowej i idącym za tym spadkiem cen. Ich wykorzystanie pozwala, obok innych zalet, na łatwe i precyzyjne sterowanie jednym lub wieloma silnikami, a jednocześnie na znaczne oszczędności w zużyciu energii elektrycznej. Urządzenia te (często mylnie określane falownikami, które stanowią jedynie jeden z podzespołów przemiennika częstotliwości) umożliwiają płynne sterowanie prędkością obrotową silników elektrycznych poprzez zmianę częstotliwości i wartości napięcia wyjściowego. Przemienniki wyposażone są z reguły w dodatkowe wejścia analogowe, służące do podłączenia zewnętrznych urządzeń służących do płynnej regulacji obrotów – mogą to być np. popularne potencjometry, dedykowane zadajniki bądź sterowniki nożne ze zintegrowanym potencjometrem lub czujnikiem Halla.

Współcześnie produkowane przemienniki częstotliwości mają co najmniej jedno wejście analogowe, które może obsługiwać jeden z dwóch popularnych standardów sygnałów analogowych:

1. Standard napięciowy, o zakresie napięcia 0…10 V. W tym przypadku do wejścia analogowego falownika podłącza się zwykle potencjometr lub czujnik hallotronowy (czujnik Halla) z wyjściem napięciowym.
2. Standard prądowy, znacznie bardziej odporny na wszelkie zakłócenia. Występuje on w dwóch odmianach:
3. sygnał sterujący z zakresu 4…20 mA (tzw. pętla prądowa)*
4. sygnał sterujący z zakresu 0…20 mA (obecnie rzadko stosowany).

*Wesja prądowa 4…20 mA dominuje w automatyce. Dzieje się tak dlatego, że przy jej wykorzystaniu przemiennik częstotliwości jest w stanie wykryć przerwanie pętli prądowej ‒ prąd zmaleje bowiem w takim przypadku do zera, co będzie oznaczać, że przekroczony został minimalny dopuszczalny poziom 4 mA. System interpretuje to jako usterkę i przemiennik częstotliwości uruchamia automatycznie przewidzianą dla takiego przypadku procedurę. Ma to zapobiec np. niekontrolowanej pracy silnika z maksymalną prędkością obrotową.

W praktyce inżynierskiej do wysterowania wejścia analogowego przemiennika częstotliwości wykorzystuje się zwykle potencjometry o rezystancji do 10 kΩ (wymaganą wartość rezystancji należy sprawdzić w dokumentacji przemiennika) lub specjalne zadajniki panelowe, gdzie potencjometr jest jednym z elementów sterujących. Zewnętrzne zaciski potencjometru podłącza się do źródła napięcia zasilania +10 V z jednej strony, a do napięcia źródła odniesienia (COM, CM, GND lub -Uz) z drugiej. Suwak potencjometru podłącza się do analogowego wejścia napięciowego. Takie rozwiązanie pozwala na łatwe ustawianie żądanej prędkości obrotowej silnika.

Drugą opcją, wspomnianą już wyżej, jest wykorzystanie aktywnego lub pasywnego zadajnika czy przetwornika – w takim przypadku do analogowego wejścia przemiennika częstotliwości doprowadzany jest prąd z zakresu 4…20 mA (lub 0…20 mA).

Co jednak w przypadku, gdy operator maszyny czy urządzenia musi mieć możliwość ciągłej, płynnej regulacji obrotów, a nie tylko okresowej ich zmiany? Używanie potencjometru lub zadajnika nastawianego ręcznie jest wtedy bardzo niepraktyczne. Znacznie lepiej do tego celu nadają się sterowniki nożne wyposażone w potencjometr („potencjometry nożne”) lub w czujnik hallotronowy z wyjściem prądowym lub napięciowym. Naciskając pedał sterownika nożnego zwiększa się stopniowo obroty silnika, a gdy stopa wędruje do góry – prędkość obrotowa silnika spada. Jest to bardzo ergonomiczne rozwiązanie, niewymagające użycia rąk. W przypadku wersji z rezystorem, sterownik nożny wyposażony jest też zwykle w miniaturowy wyłącznik, wpinany w obwód rezystora. Gwarantuje on, że w przypadku gdy sterownik nie jest używany, na wejście przemiennika częstotliwości nie trafi nawet szczątkowe napięcie. Dzięki temu silnik nie może samoczynnie wystartować w przypadku uszkodzenia rezystora.

W ofercie firmy steute można znaleźć cały szereg sterowników nożnych stosowanych do płynnej regulacji prędkości obrotowej silników elektrycznych. Z punktu widzenia użytkownika najbardziej istotny jest rodzaj sygnału otrzymywanego na wyjściu, a steute ma tu wiele do zaoferowania.

Najpopularniejszym rozwiązaniem wykorzystywanym do regulacji prędkości obrotowej jest cały czas wykorzystanie potencjometru. W ofercie steute można znaleźć sterowniki nożne wyposażone w moduł POTI, składający się z mechanizmu zębatkowego, sterującego potencjometrem obrotowym, oraz krzywki przełączającej zintegrowany mikrowyłącznik. Dostępne są cztery wersje rezystorów (odpowiednio: 20 Ω…1 kΩ ±3%; 20 Ω…1 kΩ ±3%; 50 Ω…5 kΩ ±3%; 100 Ω…10 kΩ ±3%), charakteryzujących się liniowością na poziomie ±0.5 %. Mikrowyłącznik, z jednym lub dwoma zestykami, może zostać wykorzystany między innymi do bezpotencjałowego załączania potencjometru, przy czym dzięki śrubce regulacyjnej można bardzo precyzyjnie ustawić moment jego przełączenia. Wysoka trwałość i jakość zastosowanych podzespołów (wykorzystywane są potencjometry produkcji japońskiej) pozwalają na długą, bezawaryjną eksploatację urządzeń, a sam moduł z potencjometrem jest dostępny jako część zamienna. Do wyboru są cztery rodzaje metalowych obudów, z osłoną pedału lub bez. Obudowy są wykonane albo całkowicie ze stopów aluminium, albo z użyciem elementów z tworzywa termoplastycznego. Sterowniki dostarczane są bez kabla.

steute oferuje także sterowniki nożne wyposażone w czujniki hallotronowe. Dostępnych jest kilka wariantów: pierwszym z nich jest układ podający na wyjściu napięcie o wartości z zakresu 0…10 VDC ±1%; kolejne dwie wersje podają na wyjście prąd o wartości z zakresu 0…20 mA ±1% lub 4…20 mA ±1%. Sterowniki tego typu wymagają zasilania napięciem z zakresu 15…30 VDC, a więc zwykle można wykorzystać napięcie 24 VDC, dostępne zwykle w przemiennikach częstotliwości. Tak jak w przypadku sterowników potencjometrycznych, wartości napięcia/prądu na wyjściu zależne są od stopnia wciśnięcia stopki pedału. Ponieważ czujnik Halla jest podzespołem miniaturowym, można go zabudować zarówno w obudowach GF/GFI oraz GFS/GFSI, jak też w obudowie KF, wykonanej z tworzywa termoplastycznego i charakteryzującej się niewielkimi gabarytami. Urządzenia serii KF i KFS (z osłoną pedału) dostarczane są z kablem, którego długość określa klient przy składaniu zamówienia.

Tagi

• poti
• gfs
• gf
• gfi
• gfsi
• hall
• analogowe