Frequentieregelaar¶

Samenvatting¶

Een frequentieregelaar (ook wel VFD – Variable Frequency Drive of frequentieomvormer) is een elektronisch apparaat waarmee het toerental van een elektromotor nauwkeurig kan worden geregeld. Door de frequentie van de elektrische voeding aan te passen, kan de motor sneller of langzamer draaien zonder dat hiervoor mechanische aanpassingen nodig zijn.

Binnen menginstallaties is de frequentieregelaar een belangrijk onderdeel. Het toerental van de mixer heeft namelijk grote invloed op het mengproces, de stroming in de tank, het energieverbruik en de belasting van de installatie.

Bij Jongia worden frequentieregelaars veel toegepast om mengprocessen flexibel en energiezuinig te laten verlopen.

Theorie¶

Wat is een frequentieregelaar?¶

Een frequentieregelaar zet de netspanning eerst om naar gelijkspanning en vervolgens weer naar een wisselspanning met een instelbare frequentie en spanning.

Hierdoor kan de regelaar het toerental van een elektromotor nauwkeurig aanpassen.

Bij een standaard Europese netaansluiting bedraagt de frequentie 50 Hz.

Door bijvoorbeeld:

25 Hz;
35 Hz;
60 Hz;

aan de motor aan te bieden, verandert ook het toerental.

Waarom bepaalt de frequentie het toerental?¶

Het toerental van een elektromotor is rechtstreeks gekoppeld aan de frequentie van de wisselspanning.

Voor een vierpolige motor geldt ongeveer:

Frequentie	Toerental (onbelast)
25 Hz	±750 rpm
50 Hz	±1500 rpm
60 Hz	±1800 rpm

In werkelijkheid ligt het toerental iets lager door slip, een normaal verschijnsel bij asynchrone motoren.

Waarom is toerental belangrijk?¶

Bij een menginstallatie bepaalt het toerental onder andere:

de mengintensiteit;
de stroming in de tank;
de afschuifkrachten;
de mengtijd;
het energieverbruik.

Een te hoog toerental kan leiden tot:

luchtinslag;
schuimvorming;
beschadiging van producten;
hogere slijtage.

Een te laag toerental kan juist zorgen voor:

onvoldoende menging;
bezinking;
dode zones in de tank.

Opbouw van een frequentieregelaar¶

Een moderne frequentieregelaar bestaat uit drie hoofdonderdelen.

Gelijkrichter¶

De wisselspanning uit het elektriciteitsnet wordt omgezet naar gelijkspanning.

DC-tussenkring¶

In deze tussenkring wordt energie tijdelijk opgeslagen en gestabiliseerd.

Omvormer (Inverter)¶

Elektronica schakelt de gelijkspanning razendsnel om naar een nieuwe wisselspanning met de gewenste frequentie en spanning.

Hiermee wordt de motor aangestuurd.

Voordelen van een frequentieregelaar¶

Traploze snelheidsregeling¶

Het toerental kan nauwkeurig worden aangepast aan het proces.

Energiebesparing¶

Bij toepassingen waarbij niet voortdurend het maximale vermogen nodig is, kan aanzienlijk energie worden bespaard.

Voor pompen en ventilatoren zijn de besparingen vaak groot.

Bij mengers hangt dit af van het proces, maar ook hier kan een lager toerental het energieverbruik verminderen.

Zachte start (Soft Start)¶

Een elektromotor trekt bij direct inschakelen een hoge aanloopstroom.

Een frequentieregelaar laat de motor geleidelijk op toeren komen.

Voordelen:

minder mechanische belasting;
minder elektrische piekbelasting;
langere levensduur.

Zachte stop¶

Ook het afremmen kan gecontroleerd plaatsvinden.

Hierdoor worden schokken in de aandrijving beperkt.

Procesregeling¶

Het toerental kan automatisch worden aangepast op basis van:

temperatuur;
viscositeit;
druk;
niveau;
receptuur;
tijd.

Hierdoor kunnen mengprocessen volledig worden geautomatiseerd.

Regelingen¶

Afhankelijk van de toepassing kunnen verschillende regelmethoden worden gebruikt.

Veel voorkomende regelingen zijn:

V/f-regeling;
Sensorless Vector Control;
Closed Loop Vector Control.

Voor veel industriële menginstallaties is sensorloze vectorregeling een goede combinatie van prestaties en eenvoud.

Communicatie¶

Moderne frequentieregelaars kunnen communiceren met PLC's en besturingssystemen via industriële netwerken zoals:

Modbus;
Profinet;
EtherNet/IP;
Profibus;
EtherCAT.

Hierdoor kan het toerental vanuit een besturingssysteem worden aangepast.

Beveiligingen¶

Een frequentieregelaar bewaakt continu de motor.

Veel voorkomende beveiligingen zijn:

overstroom;
overspanning;
onderspanning;
overtemperatuur;
fase-uitval;
motoroverbelasting.

Bij een storing schakelt de regelaar de motor veilig uit en geeft een foutmelding.

Frequentieregelaar versus Soft Starter¶

Deze twee systemen worden vaak met elkaar verward.

Soft Starter	Frequentieregelaar
Alleen zachte start en stop	Volledige toerentalregeling
Motor draait daarna op netfrequentie	Frequentie blijft regelbaar
Lagere aanschafprijs	Hogere aanschafprijs
Minder functies	Veel meer regelmogelijkheden

Voor menginstallaties is een frequentieregelaar vaak de meest flexibele oplossing.

Praktijk bij Jongia¶

Bij Jongia wordt het toerental van een mixer afgestemd op het product en het gewenste mengresultaat. Een dunne vloeistof vraagt vaak om een ander toerental dan een hoogviskeuze pasta of slurry.

Met een frequentieregelaar kan dezelfde menginstallatie voor verschillende producten of recepturen worden gebruikt. Operators kunnen het toerental aanpassen via een bedieningspaneel of een PLC, terwijl de regelaar zorgt voor een gecontroleerde start, een stabiele werking en een veilige uitschakeling.

Bij geautomatiseerde productielijnen maakt de frequentieregelaar vaak onderdeel uit van een groter besturingssysteem. Hierin worden toerental, temperatuur, niveau en andere proceswaarden continu bewaakt en geregeld.

Veelgemaakte fouten¶

Denken dat een frequentieregelaar alleen energie bespaart. Het belangrijkste voordeel is vaak de nauwkeurige regeling van het proces.
Een frequentieregelaar verwarren met een soft starter. Een soft starter regelt alleen het opstarten en stoppen, terwijl een frequentieregelaar het toerental continu kan aanpassen.
Een motor buiten zijn geschikte toerentalgebied gebruiken. Te langzaam of te snel draaien kan leiden tot oververhitting, onvoldoende koeling of mechanische problemen.
Vergeten dat ook de impeller is ontworpen voor een bepaald toerental. Een verkeerde instelling kan de mengprestatie sterk beïnvloeden.
Geen rekening houden met elektromagnetische storingen (EMC). Frequentieregelaars kunnen storingen veroorzaken in andere apparatuur wanneer kabels, filters of aarding niet correct zijn uitgevoerd.