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Starke Platzsparer

Frequenzumrichter: Sensorlose Vektorregelung ermöglicht hohe Drehmomente
Starke Platzsparer

Die vorgestellte Frequenzumrichterbaureihe setzt auf fortschrittliche Technologien wie „Real Sensorless Vector Control“ und ermöglicht eine optimale Drehmoment- und Drehzahlregelung unabhängig vom verwendeten Motor. Die integrierte SPS, erweiterte Funktionen, umfangreiches Zubehör und ein gut abgestuftes Typenprogramm sorgen für Flexibilität im industriellen Einsatz. Europapremiere ist die Hannover Messe.

 

Die Frequenzumrichter-Serie FR-A740 (0,4 bis 630 kW) ist in 29 Leistungsklassen erhältlich. Der Anschluss der Spannungsversorgung erfolgt dreiphasig von 380 bis 480 bzw. bis 500 V (bei 50 bzw. 60 Hz). Die Ausgangsfrequenz reicht von 0,2 bis 400 Hz. Zudem stehen Geräte mit einer Spannungsversorgung von 200 V (FR-A720) und 575 V (FR-A760) zur Verfügung. Alle Geräte gestatten je nach Einsatzgebiet Überlasten bis 200 % für die Dauer von 1 min und bis 270 % für 0,5 s.

Beim FR-A700 handelt es sich um einen vektorgeregelten Frequenzumrichter, speziell konzipiert für anspruchsvolle Antriebsaufgaben etwa in Kran- und Hubwerken, Aufzügen, Extrudern, Zentrifugen oder Wickelmaschinen. Seine kompakte Bauform spart Platz bei der Montage. Drehzahl-, Drehmoment- und Positionierregelung, umfangreiche Serienausstattung und viel Zubehör gestatten es, ein auf die jeweilige Aufgabe zugeschnittenes und wirtschaftliches Antriebssystem aus Umrichter und Standarddrehstrommotor zu verwirklichen – als Insellösung oder in komplexen Anlagen- und Maschinenkonzepten.
Präzise sensorlose Vektorregelung
Zentraler Baustein der Regelungstechnik ist die „Real Sensorless Vector Control“. Das feldorientierte Regelverfahren berechnet mittels eines mathematischen Motormodells und der Kenndaten des angeschlossenen Standardmotors kontinuierlich die erforderlichen Sollwerte für den aktuellen Betriebzustand. So gelingt es, eine stets optimale Spannung und Frequenz für jeden Lastpunkt zu erzeugen. Die sensorlose Vektorregelung sorgt im gesamten Stellbereich für ein hohes Drehmoment – selbst bei niedrigen Drehzahlen.
Die Modelle bis 3,7 kW können beispielsweise bereits ab einer Motorfrequenz von 0,3 Hz das volle Drehmoment von bis zu 200 % des Motornennmoments entfalten. Die Technologie bietet zudem ein sehr gutes dynamisches Drehzahlverhalten mit einem großen Drehzahlstellbereich (von 1 zu 200) und erreicht bei Standardasynchronmotoren eine Dynamik und Regelgüte, die bisher nur mit hochwertigen Gleichstrom- oder Servoantrieben zu erzielen waren. Damit stellt sie auch bei plötzlichen Laständerungen gleichmäßige Antriebsqualität sicher. Die Baureihe FR-A700 reagiert auf Lastsprünge zehn Mal schneller als die bisher leistungsstärkste Frequenzumrichterserie FR-A500. Eine Drehmomentbegrenzung schützt Motor und Maschine zuverlässig vor Schäden. Weitere Vorteile sind sehr gute Rundlaufeigenschaften und ein hohes Anlaufdrehmoment.
Basis dafür sind exakte Motordaten. Deshalb sind die Umrichter mit einer Autotuning-Funktion ausgestattet, die auch bei stehendem Motor arbeitet und alle für das Motormodell benötigten Kenngrößen in weniger als 1 min ermittelt.
Nach dem Selbstabgleich werden die Daten automatisch gespeichert. Im laufenden Betrieb erfolgt eine kontinuierliche Anpassung der Parameter durch „Online-Autotuning“. Das minimiert Drehmomentschwankungen und stellt hochpräzisen Betrieb sicher.
Steuer- und Regelverfahren
Die Frequenzumrichter lassen sich mit
  • sensorloser Vektorregelung
  • erweiterter Flussvektor- regelung sowie
  • einer einfachen Spannungs-Frequenzsteuerung betreiben, die auch Sonderanwendungen erlaubt.
Die Antriebseigenschaften lassen sich durch einen Motor mit Impulsgeber weiter optimieren, der kontinuierlich Position und Geschwindigkeit der Motorwelle meldet. So erreichen die Umrichter über einen Drehzahlstellbereich von 1 zu 1500 hohe Drehzahlkonstanz (Regelabweichung <0,01 %) und entwickeln in einem Standardasynchronmotor schon bei Drehzahl „0“ das volle Drehmoment. Damit sind diese Frequenzumrichter in der Lage, selbst schwebende Lasten exakt zu positionieren. Vorgefertigte Befehle unterstützen den Anwender. Die notwendigen Daten lassen sich direkt im Umrichter ablegen.
Integrierte SPS-Funktionalität
Die Baureihe FR-A700 ist mit einer SPS ausgerüstet. Sie bietet direkten Zugriff auf alle Antriebsparameter und übernimmt autark vielfältige Aufgaben in Maschinen und Anlagen. Das spart oft eine separate SPS, reduziert den Verdrahtungsaufwand und entlastet in dezentralen Anlagen das Feldbussystem und die übergeordnete Steuerung. Fällt das Netzwerk aus, bleiben wichtige Funktionen erhalten und die Betriebssicherheit ist nicht gefährdet. Weiterer Vorteil: Maschinen- und Anlagenbauer können durch eigene Programmbausteine die Antriebseigenschaften der Frequenzumrichter individuell an ihre Produkte anpassen.
Alle Geräte verfügen über zwölf frei programmierbare digitale und drei analoge Eingänge. Davon sind zwei zwischen V und mA umschaltbar. Außerdem sind sie mit fünf Transistor-, zwei Relais- und zwei Analogausgängen ausgestattet. Zum Ausbau gibt es drei Einsteckplätze für E/A- und Kommunikationskarten.
Komfortable Bedienung
Dank automatischer Motordatenerkennung und Funkentstörfilter ist der Antrieb sofort betriebsbereit. Ein Bremstransistor ist in den Baugrößen bis 22 kW integriert. Über die komfortable Einknopfbedienung erhält der Anwender schnell Zugriff auf alle wichtigen Antriebsparameter. Aktuelle Betriebsgrößen und Alarmmeldungen werden auf einer Leuchtdiodenanzeige der abnehmbaren Bedieneinheit ausgegeben. Diese lässt sich auch in eine Schaltschranktür einbauen. Alle Betriebszustände von Umrichter und Motor können überwacht und Störungen durch Fehlercodes angezeigt werden.
Optional gibt es eine Bedieneinheit mit numerischer Tastatur, beleuchteter Anzeige und erweitertem Funktionsumfang. Damit lassen sich bis zu drei Parametersätze speichern und auf weitere Frequenzumrichter übertragen. Das Bedienfeld gestattet es, Daten direkt einzugeben sowie Betriebsgrößen, Parameternamen, Status- und Fehlermeldungen in Klartext darzustellen.
Leistungsfähige Software
Die Umrichter lassen sich auch per PC einrichten und warten. Die Verbindung erfolgt über eine USB-Schnittstelle. Programmiert wird die Baureihe FR-A700 mit der Software „FR Configurator“ unter Windows. Neben komfortablen Elementen zur Parametereinstellung und Dokumentation beinhaltet diese umfangreiche Diagnosewerkzeuge. So lassen sich die übertragenen Messwerte als Zahlenwert und als analoges Messinstrument anzeigen. Ein Speicher- oszilloskop unterstützt den Anwender beim optimalen Einstellen des Antriebs.
Mit FR Configurator lassen sich sogar weitergehende Untersuchungen des Antriebsstrangs durchführen. War früher eine aufwändige FFT-Analyse erforderlich, um den Frequenzgang einer Maschine zu ermitteln und die Resonanzpunkte festzustellen, ist diese Funktion heute in der Standardsoftware enthalten.
Weitere Funktion ist „Easy-Gain-Tuning“. Sie gestattet es, Regelparameter des Geschwindigkeitskreises einfach abzugleichen. Der Umrichter ermittelt anhand der Rückmeldung von Strom und Geschwindigkeitssignal das angeschlossene Massenträgheitsmoment und optimiert selbstständig die Regelparameter.
Schnittstellen zu gängigen Bussystemen wie Profibus-DP, CC-Link, Devicenet, Ethernet, Lonworks und CANopen sind über Optionskarten verfügbar. Sie ermöglichen die nahtlose Integration der Frequenzumrichter in einen Automatisierungsverbund. Standard sind zudem eine Modbus-RTU- und eine RS485- Schnittstelle. Diese erlauben es, mehrere Umrichter parallel im Netzwerk, über einen einzelnen Rechner oder eine SPS einzurichten, zu betreiben und zu überwachen. Somit lassen sich die Geräte problemlos in Visualisierungssysteme einbinden.
Neu ist eine Optionskarte für das Feldbussystem SSCNET, ein optisches Netzwerk mit einer Datenübertragungsgeschwindigkeit bis zu 50 Mbits/s. Damit ist die jüngste Umrichtergeneration auch für einen Betrieb mit den Motion-Control-Systemen von Mitsubishi Electric, etwa mit der Automatisierungsplattform „Melsec System Q“, ausgelegt. Das schnelle Netzwerk gewährleistet eine effiziente Vernetzung von Bewegungssteuerung, Servoverstärkern und Frequenzumrichtern in einem Automatisierungskonzept. Die Inbetriebnahme erfolgt nach dem Plug-and-Play-Prinzip, es müssen keine Übertragungsparameter eingestellt werden. Dies erspart dem Anwender eine aufwändige Verdrahtung und stellt zuverlässigen Betrieb sicher.
Langlebige Komponenten
Die kompakten Frequenzumrichter sind robust und langlebig. Alle Baugrößen im Leistungsbereich bis 22 kW sind mit einem stabilen Gehäuse in Schutzart IP20 ausgestattet. Für die Geräteversionen ab 45 kW ist eine separate IP-20-Unterbaueinheit für die flexible, auch freistehende Komplettmontage erhältlich. Diese erlaubt eine Aufstellung der Geräte unabhängig vom Schaltschrank. Die Montagezeit beträgt max. 1 h. Schrauben und Kabel einschließlich Klemmenblock sind im Lieferumfang enthalten. Es ist möglich, eine Zwischenkreisdrossel, einen zusätzlichen Funkentstörfilter oder einen Leistungsschalter in die Unterbaueinheit zu integrieren.
Hochwertige Kondensatoren, die eine Betriebstemperatur des Umrichters von 50 °C zulassen, und robuste Kühllüfter tragen zur langen Lebensdauer bei. Einfach oder doppelt lackierte Platinen schützen vor aggressiven Umwelteinflüssen. Die Lebensdauer des Kühllüfters lässt sich durch selektives Abschalten über eine Steuerungsfunktion zusätzlich verlängern.
Ausfallsichere Diagnosefunktionen
Moderne Diagnose- und Wartungsfunktionen schützen den Umrichter vor Ausfall. Das Selbstdiagnosesystem überwacht aktiv alle, dem Verschleiß unterliegenden Bauteile (Hauptkreiskapazitäten, Steuerspannungskondensator, Gerätelüfter, Einschaltstrombegrenzung) und warnt früh vor Ausfall. Sinkt die Lüfterdrehzahl zum Beispiel auf 40 %, gibt der Umrichter Voralarm. Der Alterungsgrad der Hauptkreiskapazitäten wird über ein internes Messprogramm erfasst. Der Umrichter besitzt zudem einen Betriebsstundenzähler, mit dem jeder Betreiber den optimalen Wartungszeitpunkt seiner Anlage festlegen kann. Unnötiger Stillstand wird vermieden und ein Serviceeinsatz lässt sich abgestimmt auf eigene Betriebsabläufe früh planen. Zudem gewährleisten Schutz- und Überlastfunktionen, wie eine Phasenausfallerkennung für den Ein- und Ausgangskreis, einen störungsfreien Betrieb.
Einfache Wartung, leichter Austausch
Wartungsfreundlicher Aufbau sorgt für kurze Servicezeiten: Der Lüfter ist von oben zugänglich und lässt sich ohne Entfernen von Kabeln rasch ersetzen. Auch der komplette Austausch des Frequenzumrichters ist schnell durchgeführt. Der abnehmbare Klemmenblock für die Steuerkreisanschlüsse wird einfach auf ein Ersatzgerät aufgesteckt. Genauso problemlos ist ein Wechsel auf die neue Umrichtergeneration: Die Baureihe FR-A700 passt auf die gleiche Montagefläche wie die Vorgängerserie. Die Schraubmaße sind identisch, Klemmenblock sowie Steuer- und Regelungsabläufe kompatibel. Das Konvertierungswerkzeug der Parametriersoftware überträgt spezifische Einstellungen automatisch. Zusätzliche Programmierarbeit ist nicht notwendig und der Wechsel in wenigen Minuten vollzogen.
Für die neue Baureihe gibt es weiteres Zubehör, wie Netz- und Zwischenkreisdrosseln, Funkentstörfilter und Bremseinheiten. FR-A740 erfüllt alle Normen für freien Warenverkehr in Europa. Außerdem tragen die Geräte ein Gost-Zertifikat für den Export nach Russland.
Halle 11, Stand C47
Frequenzumrichter-Serie FR-A700 KEM 669
Servoverstärker MR-J3 KEM 670
Kompaktsteuerung Melsec FX3U KEM 671
Automatisierungsplattform Melsec System Q KEM 672
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