Ändrar frekvensriktare även amplitud?

[bos]

Jag läser på ABB om principen för frekvensomriktare för elmotorer. Hade ingen aning tidigare om hur dessa funkade, utan jag hade kallt utgått från att frekvensriktare fungerade ungefär som PWM, dvs det är bara pulsbredden som ändras. På ABB-sidan står det att även amplituden ändras, vilket gör mig lite nyfiken på vilken av de två (frekvens / spänning) som gör vad eller om de är linjärt beroende av varandra. Lägre frekvens bör ju rimligtvis få motorn att snurra saktare, medan högre frekvens gör den snabbare, men hur spelar spänningsamplituden in i detta?

Till saken hör att jag har fått in just en trefasfrekvensriktare (dock annat märke än ABB) på service. Den enda information jag fått från serviceteknikern är att hon har mätt upp "40VAC per fas" efter att enheten larmat om för låg utspänning. Mer ledtrådar än så har jag inte att gå på, och enligt ABB:s sida är det DC-inverteraren som ställer in frekvens och amplitud på den utgående spänningen. Borde det inte därför rimligtvis vara i inverteraren jag ska börja felsöka, eller ska jag börja med att läsa på ännu mer teori först?

[TomasL]

Omformaren styr alltid spänning och frekvens.
Normalt sett följer de varandra linjärt, till exempel vid motordrift.
För att få fullt moment igenom hela varvtalsregistret måste spänningen ökas proportionellt med frekvensen.
En normal inställning för en vanlig asynkronmotor, för att kunna köra den översynkront med fullt moment är då:
Motorn kopplas för 230V, dvs D-kopplas (för en 230/400V motor)
Omformaren ställs in för att ge 50 Hz vid 240V.
Max varvtal på motorn blir då 87Hz och omformaren matar då ut 400V.
Detta vid normal V/F-drift.
Vid CT-drift (Constant Torque)/ Vektordrift så anpassar omformaren utspänningen till det momentbehovet som finns, dvs vid lätt belastning blir spänningen lägre och vid tyngre drift blir spänningen högre jämfört med den traditionella V/F-driften.

[Prins Valiant]

Jag har jobbat, suupportat, felsökt och undervisat i många år angående mer eller mindre avancerade omriktare. PWM, pulse with modulation, har alltid samma amplitud, om vi ens skall kalla det för amplitud. Det är en konstant stabil spänning som pulsbreddsmoduleringen kopplar till och ifrån enligt ett avancerat mönster.
Som parentes kan nämna att det har börjat dyka upp några frekvensomriktare med en ny teknik där man styr även inkommande matning, men det är endast en bråkdel av de som finns på marknaden och är än så llänge för lägre effekter.
Amplituden, = spänningen, kommer ju från mellanledets DC spänning, skapad med 3-fas fullvågslikriktare och kondensatorer. Det är ju denna spänning som pulsbreddsmoduleras. Den blir automatisk avhängig matningspänningen.
Men medelspänningen, det du kan mäta med ett enkelt universalinstrument kommer att variera eftersom det blir ett medelvärde på vad som går ut. Skulle pulsbredden exempelvis vara 50% med en moduleringsfrekvens av 5kHz, kommer den instrumentet att visa 50% spänning. Min personliga uppfattning är att mäta utspänningen på en frekvensomriktare med universalinstrument är fullständigt intetsägande om dess funktion. Möjligtvis kan man mäta ström med en bra DC strömtång och få ett användbart resultat.
Men den stora järnklumpen som vi kallar för motor kommer att uppfatta en "gles" pulsbreddsmodulering som lägre spänning. Och precis som beskrivs, spänningen måste följa utfrekvensen för att järnet skall vara korrekt magnetiserat.

[bos]

Har du förslag på hur det kan mätas på en arbetsbänk?

Omvandlaren själv larmar som sagt för underspänning, och den bör rimligtvis inte ha fel i sak åtminstone. Frågan är bara hur jag kan lista ut vad det är som orsakar sagda underspänning.

[Gimbal]

Jag skulle GISSA att det är mellanspänningen som den inte är nöjd med, så börja där.
Kuriosa, här en mätning på en Vacon omriktare för några år sedan med finessen att den har två nivåer på PWM utsignalen (den gula grafen).

omriktare.jpg

[metric]

Är det inte den inkommande spänningen den larmar för?
Mät upp likriktarbryggan , den kanske är trasig.
Mät DC spänningen på kondensatorbanken.

[Prins Valiant]

Om du har 3 faser in och får underspänning är det absolut vanligaste anledningen att laddningskretsen av mellanledet är sönder. Man laddar de stora kondensatorerna du har på bild över ett motstånd för att reducera strömrusningen. Då mellanledet är laddat finns det ett relä som kortsluter över laddningsmotståndet. Om reläet är sönder, eller den krets som skall sluta reläet är sönder, blir det underspänning så fort du börjar köra. Om det blir underspänning innnan du börjar köra, är troligtvis laddninngsmotståndet sönder.

[TomasL]

Dock de flesta omformare larmar för fel i DC-ledet.
Vilka larm får du?

[Prins Valiant]

Som sagt, vilka larm får du och när får du dem. Underspänning på de flesta omriktare sker när mellanledet ligger under 333volt. Någon föreslog att mäta, men i största möjliga mån bör man arbeta med avläsning via display. Att exempelvis utan manual hitta var man mäter mellanledsspänningen på ett lätt och säkert sätt är inte lätt.
Men om matningen finns är det laddningskretsen som är sönder i 9 av 10 fall vid underspänning. Ofta har detta förorsakats genom att någon tekniker har klantat sig och kopplat in något på uttag till bromsmotstånd. Sen lämnar man in den på reparation........

[bos]

Jag har inte trefas i verkstan så jag kan inte starta omvandlaren här, och därmed heller inte ta reda på vilka larm som syns på displayen. Jag kan bara lita blint på teknikern som sa "larm om underspänning, vi mätte 40VAC". Det är allt jag har att gå på.

Har nu läst på lite mer och undersökt mellanledet. Kondensatorbank U/A, effektmotståndet U/A, diod / IGBT som styr är båda U/A, och reläspole samt ankare är U/A helt enligt databladen.

Det som däremot förvirrar mig totalt är reläet. På spolen står "110VDC", vilket bekräftas av databladet (sida 4, "DC coil data") efter att jag mäter upp 9.4kohm på spolen. Reläspolen är delvist kopplat till en plint (som ger 230VAC) och den andra går till IGBT, vilket bekräftar att det är IGBT som styr reläet, men varför sjutton det är en 110VDC-variant (Finder 65.31.8.110.0300) istället för en 230VDC-variant (Finder 65.31.8.230.0300) går mig helt förbi här. Innan jag tog loss höljet såg jag att någon redan pillat på det, så jag vet inte om det är originalrelä eller någon har bytt ut det helt på känn.

Finns det annars en anledning till 110V istället för 230V?

[Prins Valiant]

Ja, det är vanligt med konstiga spänningar, detta ser ut som ett typiskt relä för laddning av mellanled. I enklare omriktare kan man koppla in ett sådant relä i serie med ett motstånd, så att det drar när dess anslutning till mellanledets DC har nått full spänning. Notera, att det av denna anledning är ett DC.
110V, varför, jo då kan man välja seriekopplat motstånd passande omriktaren huvudspänning. Den skall kanske även säljas till 3x230v, 3x400V eller 3x4600V.

Men att det ej drar kan ju vara att det effektmotstånd som reläet bypassar är bränt, och därför stiger aldrig spänningen i mellanledet. Felkod, underspänning

[Prins Valiant]

Nästan all omriktare är kopplade lika dant i kraftledet. Tänk dig 3 fas fullvågslikriktare, matad direkt från 3 fas nät. Ut får du DC.
I mellanledet ligger de stora kondensatorerna du ser mellan plus och minus. Det blir en rejäl strömrusning när du ansluter till nätet och dessa kondingar skall laddas.
Därför lägger tillverkare in ett effektmotstånd mellan likriktarens pluspol och kondensatorpaketet. Dessa motstånd tål hög effekt, men endast under kort tid och ej allt för ofta. I alla fall leder det till att kondesatorerna laddas relativt lugnt, oftast under några sekunder, tills dess att mellanledet har nått ca 462Volt.
En billig enkel lösning är nu att på ett eller annat sätt lägga ett DC relä mellan plus och minus på mellanledet. När en viss spänning har uppnåtts drar reläet och kopplar förbi effektmotståndet, så att nätets likriktade spänning har direkt kontakt till mellanledet.
Att du finner detta reä kopplat direkt till en IGBT är att oftast ligger en IGBT för bromsschopper i rätt fysiskt område för anslutning av reläspole.

Under förutsättning att du har garanterat 3 faser in så kvarstår då följande själ till underspänning:
Effektmotståndet för laddning av mellanled är sönder, då blir det ingen spänning i mellanledet. Larm underspänning vanligtvis vid spänning lägre än 333VDC.
Andra alternativet är att mellanledet laddas, men reläet har ej slutit, då har du mer än 333VDC tills du försöker köra. Effektuttaget ur mellanledet tömmer kondensatorerna, eftersom dessa bara matas över laddningsmotstånd. Troligtvis kommer även laddningsmotstånd att gå sönder.

[pi314]

Ändrar frekvensriktare även amplitud?
Med hänvisning till trådrubriken skulle jag säga nej och ja.

Så här tänker jag då.

Frekvensomriktaren består, som jag uppfattar det, i princip av två delar
1. En likriktare.
2. En "DC till AC"-omvandlare som driver motorn.

"DC till AC"-omvandlingen sker med sex komponenter, MOSFET eller IGBT kopplade ungefär så här.

DC-AC.png

Genom att aktivera två av "transistorerna" i taget kan man leverera 3-fas till motorn. Aktiveringsföljden anpassas till motorns position. Spänningen är pulslängdmodulerad med en pulslängd som ger önskat varvtal och önskat vridmoment.

DC-spänningen som MOSFETar/IGBTer kopplar fram till en lindning (egentligen två lindningar i bilden ovan, eftersom den motorn är stjärnkopplad/Y-kopplad) är under "på-tiden" nästan samma som DC in till bryggan av sex "transistorer". Så kan man säga att amplituden är konstant.

Om man tittar på spänningen äver lindningarna i motorn och avläser den bara under "av-tiden" i PWM-cykeln så ser man den mot-EMK som motorn generarar. Som ser ut som en 3-fas växelspänning. Med en amplitud som varierar med varvtalet. Så kan man säga att amplituden varierar.

Rätta mig om jag tänker fel.

/Pi

[bos]

Effektmotståndet för laddning av mellanled är sönder, då blir det ingen spänning i mellanledet. Larm underspänning vanligtvis vid spänning lägre än 333VDC.
Andra alternativet är att mellanledet laddas, men reläet har ej slutit, då har du mer än 333VDC tills du försöker köra. Effektuttaget ur mellanledet tömmer kondensatorerna, eftersom dessa bara matas över laddningsmotstånd. Troligtvis kommer även laddningsmotstånd att gå sönder.

Tack för svaret. Jag har uteslutit relä, IGBT och motståndet (högwattigt 27 ohm 5%, mäter upp 27.1 ohm med Fluke) som felkällor. Min transistorprovare ger IGBT-värdena som matchar databladet, och mätvärdena för reläet matchar även dessa databladet. Har även gjort stickprov på en av kondensatorerna (4-pin snap-in, svåra att löda loss) och även denna är U/A. Det enda jag inte har kollat i mellanledet är likriktarbryggan. Efter att ha läst igenom hela tråden nu igen och tagit till mig alla detaljer på nytt så pekar nästan allt nu på att det är den som har säckat ihop. Ska testa denna direkt och se vad jag får för resultat.

[TomasL]

En lite dum, men ändå viktig fråga, kontrollerades nätanslutningen, att det verkligen fanns 400V även när omformaren försökte starta motorn.