Η ΧΡΗΣΗ ΤΟΥ INVERTER ΣΤΙΣ ΜΗΧΑΝΕΣ ΑΝΕΛΚΥΣΤΗΡΩΝ

Οι ρυθμιστές στροφών, τα γνωστά σε όλους inverters, τείνουν να γίνουν πλέον αναπόσπαστο κομμάτι του αυτοματισμού ενός σύγχρονου ανελκυστήρα. Έχει συμπληρωθεί τουλάχιστον μια δεκαετία γενικευμένης χρήσης τους και από τον κλάδο του ανελκυστήρα, ενώ στο χώρο της βιομηχανίας ήταν ευρέως διαδεδομένα από πιο νωρίς. Οι λεγόμενες «παιδικές αρρώστιες» τους, η προσωρινή αμφισβήτησή τους από τους τεχνικούς του χώρου, ως νέο προϊόν, άρθηκαν πλέον ανεπίστρεπτα, με αποτέλεσμα και παρά την οικονομική κρίση, να θεωρούνται η πρώτη επιλογή για την οδήγηση όλων των κινητήρων εναλλασσομένου ρεύματος των μηχανών ανελκυστήρων.

Τι είναι το inverter

Η πραγματική  ελληνική απόδοση του όρου «inverter» είναι «αντιστροφέας», και προέρχεται από τη λειτουργία του ως ηλεκτρονική διάταξη. Επικράτησε όμως στην ονομασία του η τελική του ιδιότητα και χρήση, αυτή της ρύθμισης των στροφών ενός ηλεκτροκινητήρα. Πιο εμπεριστατωμένα: Inverter είναι εκείνη η ηλεκτρονική διάταξη που έχει τη δυνατότητα ελέγχου της ταχύτητας περιστροφής αλλά και της ροπής του ηλεκτροκινητήρα εναλλασσομένου ρεύματος.

Ο ανελκυστήρας είναι ένα σύστημα μεταβλητού φορτίου. Αυτό εύκολα γίνεται αντιληπτό, αφού σε μια συγκεκριμένη εγκατάσταση με θάλαμο, για παράδειγμα, 8 ατόμων, κατά τη διάρκεια ενός εικοσιτετραώρου, η μηχανή θα κινήσει αυτό τον θάλαμο τυχαία με 0 έως 8 άτομα. Η απαίτηση όμως από την μηχανή και από τον ηλεκτροκινητήρα της είναι σε οποιοδήποτε συνδυασμό φορτίου να διατηρηθεί σταθερή η ταχύτητα. Την απαίτηση αυτή έρχεται να καλύψει το Inverter, το οποίο επιτελεί κατάλληλες προσαρμογές της τάσης V του ρεύματος I (άρα και της ροπής ) και της συχνότητας F. Από αυτή του τη λειτουργία χαρακτηρίζεται και ως συσκευή VVVF (Variable Voltage Variable Frequency) (Μεταβλητής Τάσης Μεταβλητής Συχνότητας).

Πλεονεκτήματα

Πέραν της προαναφερθείσας σκοπιμότητας, ο έλεγχος του ηλεκτροκινητήρα μιας μηχανής ανελκυστήρα από Inverter προσδίδει πολλαπλά πλεονεκτήματα στον ίδιο τον ηλεκτροκινητήρα, αλλά και στην εγκατάσταση αυτή καθαυτή. Συνοπτικά, θα μπορούσαν να αναφερθούν τα παρακάτω :

·         Σημαντική μείωση της κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας (οικονομία)

·         Διόρθωση του συντελεστή ισχύος του ανελκυστήρα (cosφà1 ως προς τον κινητήρα)

·         Μείωση της καταπόνησης των μηχανικών μερών

·         Αύξηση της διάρκειας ζωής των μηχανικών μερών του ανελκυστήρα

·         Ομαλή εκκίνηση και σταμάτημα, ήπια πέδηση, σταθερή ταχύτητα διαδρομής, χωρίς  κραδασμούς,  ευχάριστα αποδεκτά στους επιβαίνοντες

·         Προστασία του ηλεκτροκινητήρα

·         Δυνατότητα απεγκλωβισμού σε περίπτωση διακοπής ρεύματος

·         Επίτευξη υψηλών ταχυτήτων

·         Γρήγορη και εύκολη θέση σε λειτουργία

Είναι γεγονός πως η τεχνολογία έχει εξελιχθεί έτσι, ώστε το Inverter πλέον να μπορεί να οδηγήσει όλους τους τριφασικούς κινητήρες εναλλασσομένου ρεύματος, ασύγχρονους (επαγωγικούς βραχυκυκλωμένου δρομέα ή δακτυλιοφόρου δρομέα) και σύγχρονους (με ή χωρίς μόνιμο μαγνήτη) σε διατάξεις ανοιχτού ή κλειστού βρόγχου, με ή χωρίς τη χρήση παλμογεννήτριας (Encoder).                                                                       

Χρήση Encoder

Το αν θα χρησιμοποιηθεί ή όχι παλμογεννήτρια σε μια εφαρμογή ανελκυστήρα αυτό συνήθως είναι κάτι που θα το σταθμίσει ο μηχανικός που θα κάνει τη μελέτη τής εγκατάστασης του ανελκυστήρα. Εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, κυρίως από την ταχύτητα του ανελκυστήρα (m/s), τις στάσεις, τα φορτία (άτομα / θάλαμο) και τις ζεύξεις.   Τα Inverter δίνουν τη δυνατότητα κάλυψης όλων των αναγκών. Διατίθενται σειρές που μπορούν να λειτουργήσουν αποκλειστικά χωρίς Encoder, συνήθως μέχρι τα 15Kw. Οι σειρές αυτές ανταποκρίνονται στις απαιτήσεις των ανελκυστήρων χωρίς Encoder (Ανοιχτός Βρόγχος), προσφέροντας ταυτόχρονα όλες τις λειτουργίες και τα πλεονεκτήματα που προαναφέραμε με αξιοσημείωτα χαμηλό τεχνικο-οικονομικό κόστος (προτείνονται κυρίως για αναβαθμίσεις).     

Σαφώς υπάρχουν και αυτές οι σειρές που καλύπτουν αμφότερες των λειτουργιών (με ή χωρίς Encoder) (Ανοιχτός ή Κλειστός Βρόγχος) σε εφαρμογές υψηλότερων απαιτήσεων ταχύτητες>1m/s , περισσότερες στάσεις , Gearless μηχανές και MRL εφαρμογές).                                                   

Η διάταξη του inverter

Περιλαμβάνει έναν ελεγχόμενο ανορθωτή που μετατρέπει το εναλλασσόμενο ρεύμα σε συνεχές, ένα φίλτρο, έναν αντιστροφέα που μετατρέπει το συνεχές ρεύμα σε εναλλασσόμενο ρυθμιζόμενης τάσης και συχνότητας, και τη μονάδα ελέγχου. Η μονάδα ελέγχου ή Logic Circuit  του Inverter είναι εκεί όπου:

·         γίνεται η παραμετροποίηση του Inverter

·         τίθενται μέσω των παραμέτρων οι συνθήκες κίνησης του ηλεκτροκινητήρα

·         συλλέγονται οι πληροφορίες (feeback ή ανάδραση) για το αν επικρατούν οι προ-ρυθμισμένες συνθήκες κίνησης ή έχουν μεταβληθεί λόγω εναλλαγής του φορτίου ή άλλων εξωτερικών συνθηκών (η συλλογή αυτή των πληροφοριών γίνεται μέσω του Encoder – κλειστός βρόγχος –   ή εσωτερικών του Inverter εκτιμητών – ανοιχτός βρόγχος)

·         αναγνωρίζονται και καταγράφονται οι τυχόν διαφοροποιήσεις

·         αποφασίζονται και υπολογίζονται οι διορθώσεις

·         ανατροφοδοτείται το κύκλωμα ισχύος με τα νέα δεδομένα οδήγησης του ηλεκτροκινητήρα.

Παλμοκωδική διαμόρφωση

Χρήσιμο είναι να αναφερθεί ο τρόπος λειτουργίας του αντιστροφέα. Τα βασικά  στοιχεία από τα οποία αποτελούνται είναι ηλεκτρονικοί ημιαγωγικοί διακόπτες τεχνολογίας IGBT. Ο αντιστροφέας έχει την ιδιότητα να μετατρέπει τη συνεχή τάση, σε μία εναλλασσόμενη με μεταβλητή συχνότητα και πλάτος, δηλαδή, παράγει στην έξοδό του μια σειρά παλμών (παλμοσειρά μεταβλητής συχνότητας και πλάτους παλμών). Η συχνότητα αυτής της παλμοσειράς είναι η συχνότητα του Inverter, που τίθεται από τον χειριστή στην επιθυμητή τιμή που θα λειτουργήσει ο κινητήρας. Το εύρος των παλμών που δημιουργούνται, και που αποτελούν στην ουσία τα ποσοστά ενέργειας που δίνει το Inverter στον κινητήρα, καθορίζονται από μια άλλη συχνότητα που ονομάζεται «φέρουσα συχνότητα».

Η φέρουσα συχνότητα είναι το αποτέλεσμα συνδυασμού συχνοτήτων (μιας ημιτονοειδούς και μιας τριγωνικής) το αποτέλεσμα της οποίας ονομάζεται παλμοκωδική διαμόρφωση. Αυτές οι συχνότητες είναι υπεύθυνες για την διακοπτική λειτουργία των IGBT και την παροχή ισχύος προς τον κινητήρα, που δεν γίνεται συνεχόμενα, αλλά παλμικά (χωρίς αυτό να γίνεται αντιληπτό από τον κινητήρα). Το αποτέλεσμα αυτού του φαινομένου είναι οι ομαλές εκκινήσεις και σταματήματα, όπως επίσης και η εξοικονόμηση ενέργειας.

Τεχνολογίες ελέγχου

Σήμερα υπάρχουν τέσσερις βασικοί τύποι ελέγχου για AC μονάδες.

V/F (βολτ ανά Hertz)

Είναι μια μέθοδος βασικού ελέγχου, παρέχοντας  μεταβλητή μονάδα τάσεως ανά συχνότητα. Παρέχει ικανοποιητικό έλεγχο ταχύτητας και ροπής με λογικό κόστος.

Sensorless Vector Control

Παρέχει καλύτερη ρύθμιση της ταχύτητας, καθώς και την ικανότητα να παράγει υψηλή αρχική ροπή. 

Flux Vector Control

παρέχει με μεγαλύτερη ακρίβεια έλεγχο ταχύτητας και ροπής, με δυναμική απόκριση. Με αποτέλεσμα την καλύτερη ροπή στις χαμηλές συχνότητες

Field Oriented Control

Παρέχει τον καλύτερο έλεγχο ταχύτητας και ροπής για κινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος με σημαντικές επιδόσεις στις χαμηλές συχνότητες.

Τύποι κινητήρων

Οι πιο κοινοί τύποι μηχανών (κινητήρων) ανελκυστήρων που οδηγούνται από Inverter είναι οι εξής:

Οι μηχανές με κινητήρες βραχυκυκλωμένου δρομέα είναι οι πιο κοινές μηχανές με πλεονεκτήματα ότι είναι φτηνοί και σταθεροί, αλλά μειονέκτημα αποτελεί ο μειωτήρας καθώς επίσης και η εγκατάσταση σε μηχανοστάσιο.                     

Οι PM Motors (Μόνιμου Μαγνήτη ή Gearless)  γίνονται όλο και πιο σημαντικοί, διότι δεν απαιτείται μειωτήρας και επομένως δεν είναι απαραίτητο το μηχανοστάσιο, η εγκατάσταση γίνεται στο έδαφος.

Motoring / Regenerating

Οποτεδήποτε ένας κινητήρας τείνει να προσδώσει κινητική ενέργεια σε ένα φορτίο για να το επιταχύνει ή να το επιβραδύνει, τότε το Inverter που ελέγχει αυτά τα επίπεδα ενέργειας βρίσκεται σε κατάσταση Motoring.

Στην αντίθετη περίπτωση, που το φορτίο βρίσκεται ή αποκτά κάποια επίπεδα κινητικής ενέργειας και ο κινητήρας πρέπει και πάλι να το επιταχύνει ή να το επιβραδύνει, τότε το Inverter βρίσκεται σε κατάσταση Regenerative, δηλαδή επιστροφής ενέργειας στον εαυτό του (ή φρενάρισμα).

Στον ανελκυστήρα πραγματοποιούνται και οι δύο καταστάσεις με μια συχνότητα 50%-50% η μια ως προς την άλλη.

Στην περίπτωση φρεναρίσματος του κινητήρα ή συνθηκών σημαντικής επιβραδύνσεως (regenerative operation), η ενέργεια του κινητήρα θα πρέπει να επιστραφεί πίσω στο Inverter. Σε αυτή τη διαδικασία και για την προστασία του Ιnverter από υψηλές τάσεις, αλλά και για να μικρύνουμε χρονικά αυτή τη διαδικασία είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθεί μονάδα πέδησης και αντίσταση φρένου.

Οι αντιστάσεις φρένου έχουν το μειονέκτημα να μετατρέπουν την ενέργεια που επιστρέφει σε  θερμότητα. Η επιστρεφόμενη ενέργεια δε χρησιμοποιείται για άλλους.

Χρησιμοποιώντας Regenerative Units μπορούμε να αποκτήσουμε τη δυνατότητα επιστροφής ενέργειας στο δίκτυο παροχής.

Οι μονάδες πέδησης, τις περισσότερες φορές και για τις ευρέως χρησιμοποιούμενες ισχείς Inverter, είναι ενσωματωμένες στα Ιnverter. Από κάποια ισχύ και πάνω είναι εξωτερικές συσκευές και θα πρέπει να συνδεσμολογηθούν στα Inverter.

Για παράδειγμα στις σειρές των Inverter YASKAWA είναι :

·         L1000V: Περιλαμβάνονται στο Inverter από  4 kW έως 15 kW

·         L1000A: Περιλαμβάνονται στο Inverter από 4 kW έως 30 kW

·         L7: Περιλαμβάνονται στο Inverter από 4 kW έως 18,5 kW

Σε αυτές τις περιπτώσεις απαιτείται μόνο η Αντίσταση Φρένου. Πάνω από τις προαναφερθείσες ισχείες η  Μονάδα Πέδησης είναι εξωτερική και πρέπει να συνδεσμολογηθεί (Σχ. 3).

Συνδεσμολογίες

Οι τυπικές συνδεσμολογίες που ακολουθούνται μέχρι και σήμερα στις εφαρμογές ανελκυστήρων είναι:

·         Ανοιχτός Βρόγχος (Open Loop )  με συμβατικό κινητήρα (τριφασικός βραχυκυκλωμένου δρομέα) – Χωρίς την χρήση παλμογεννήτριας (Encoder)

·         Κλειστός Βρόγχος (Close  Loop ) με συμβατικό κινητήρα (τριφασικός βραχυκυκλωμένου δρομέα) – Με την χρήση παλμογεννήτριας (Encoder)

·         Κλειστός Βρόγχος (Close Loop) με Σύγχρονο Κινητήρα Μονίμου Μαγνήτη  (Gearless -  Χωρίς Μειωτήρα) με χρήση παλμογεννήτριας που είναι πάντοτε απαραίτητη.

Το Inverter επιβεβαιώνει την σωστή ζύγιση θαλάμου - αντίβαρων. Είναι γνωστό ότι όταν το συνολικό βάρος του θαλάμου μαζί με το 1/2 προδιαγεγραμμένο φορτίο  είναι το ίδιο με το βάρος του αντίβαρου, και το σύστημα θάλαμος – αντίβαρο βρίσκεται στη μέση της συνολικής διαδρομής, τότε ο ανελκυστήρας είναι σε ισορροπία, δηλαδή είναι ζυγισμένος.
Τότε η κίνηση που μπορεί να πραγματοποιηθεί προς κάθε κατεύθυνση  δεν είναι ούτε motoring ούτε regenerative. Η ροπή είναι πολύ κοντά στο μηδέν και πολύ εύκολα επιταχύνει ή μπορεί να σταματήσει.

Κινώντας τότε το θάλαμο πάνω ή κάτω αντίστοιχα με την ταχύτητα της συντήρησης, στη διαδικασία της συντήρησης και παρατηρώντας το ρεύμα εξόδου του Inverter από την οθόνη του Inverter, θα πρέπει, εάν ο ανελκυστήρας είναι σωστά ζυγισμένος (σωστό αντίβαρο  για το βάρος του θαλάμου), το ρεύμα εξόδου θα είναι περίπου ίδιο κινώντας το θάλαμο πάνω-κάτω αντίστοιχα. Ο κινητήρας χρειάζεται το ίδιο ρεύμα για να κινήσει το φορτίο πάνω-κάτω.

Εάν το ρεύμα δεν είναι το ίδιο, τότε το σύστημα δεν είναι σωστά ζυγισμένο και υπάρχουν περισσότερα ή λιγότερα κιλά στα αντίβαρα. Αυτός είναι ένας εύκολος τρόπος με την βοήθεια του Inverter να επαληθευτεί το σωστό ζύγισμα μιας εγκατάστασης.

Καμπύλη λειτουργίας

Η ελεγχόμενη λειτουργία ενός ηλεκτροκινητήρα από το Inverter, με σκοπό την ομαλή λειτουργία οφείλει να ακολουθήσει την καμπύλη λειτουργίας του. Οι συγκεκριμένες παράμετροι του Inverter που συνήθως είναι υπεύθυνες κατά κύριο λόγο για την επίτευξη αυτής της καμπύλης, αφορούν κυρίως τις ταχύτητες.

Λειτουργία απεγκλωβισμού

Στην περίπτωση έλλειψης τάσεως από το δίκτυο, ένα Inverter δύναται να τροφοδοτηθεί από άλλες πηγές ενέργειας και να δημιουργήσει κίνηση μικρής διάρκειας με μικρή ταχύτητα. Έτσι, ο σταματημένος θάλαμος να κινηθεί προς τον πλησιέστερο όροφο (επάνω ή κάτω) και να μπορέσουν να ανοίξουν οι πόρτες του.

Απεγκλωβισμός μπορεί να γίνει με είτε με τη χρήση του UPS είτε με συνδυαστική χρήση UPS και συστοιχίας μπαταριών. Μπορεί να χρησιμοποιηθούν  όλοι οι τύποι UPS (Online, Line Interactive, Stand By), αλλά πρέπει να είναι απαραίτητα ημιτονοειδούς εξόδου.

Τα Inverter έχουν τη δυνατότητα να απεικονίζουν στο Display (LED) ή το χειριστήριό τους (LCD) κωδικοποιημένα μια σειρά γεγονότων που επηρεάζουν τη λειτουργία τους και τα οδηγούν, τις περισσότερες φορές, στην απενεργοποίησή τους.

Παράδειγμα, η απεικόνιση «OC» σημαίνει «Over Current», δηλαδή υπέρ-ρεύμα. Αυτό μπορεί να εξηγηθεί ως εξής: το Inverter αναγνώρισε σε ενδεδειγμένο σημείο του αύξηση ρεύματος είτε πέραν του επιτρεπτού, είτε πέραν του προγραμματισμένου είτε πέραν του ορίου που οδηγεί στην καταστροφή αυτού καθ’ αυτού ή του κινητήρα που οδηγεί. Για την ασφάλεια του ή την ασφάλεια των κυκλωμάτων που οδηγεί θα διακόψει την λειτουργία του.
Δεν πρόκειται λοιπόν πάντοτε για σφάλματα (που δηλώνουν δυσλειτουργία ή καταστροφή του Inverter), αλλά για προειδοποιήσεις αναμενόμενων προβλημάτων που βάζουν σε κίνδυνο τη λειτουργία του Inverter, αλλά και το ίδιο σαν συσκευή. Για να μην καταστραφεί, λοιπόν, σταματάει την λειτουργία του.
Επίσης, υπάρχουν και οι ενδείξεις που απεικονίζουν λάθη παραμετροποίησης  που ενδεχομένως να βάλουν σε κίνδυνο την συσκευή ή την λειτουργία που τείνει να πραγματοποιηθεί.

Στην Βιβλιογραφία, θα τα βρούμε όλα αυτά ως:

ALARM MESSAGES à Μηνύματα Κινδύνου
FAULTS à Σφάλματα
TROUBLESHOOTING à Αντιμετώπιση Προβλημάτων

Κατάλληλη επιλογή

Για να επιλεγεί για μια συγκεκριμένη εφαρμογή το κατάλληλο Inverter, θα πρέπει να εξασφαλίζονται κατ’ ελάχιστον οι παρακάτω προϋποθέσεις:

·         Ισχύς Κινητήρα <= Ισχύς Inverter

·         Ονομαστικό Ρεύμα Κινητήρα <= Ονομαστικό Ρεύμα Inverter

·         Ρεύμα Εκκίνησης Κινητήρα <= 150 – 200 % Ονομαστικού Ρεύματος Inverter

Ίσως υπάρχουν και άλλα στοιχεία που θα πρέπει να ληφθούν υπόψη από τον μελετητή μιας εγκατάστασης, όπως για παράδειγμα, η ταχύτητα της εφαρμογής, οι πολλές στάσεις, η χρήση αλυσίδας αντιστάθμισης κ.α. Τα προαναφερθέντα, όμως, είναι τα αδιαμφισβήτητα για μια σωστή επιλογή στο μεγαλύτερο ποσοστό της.

Σωστή εγκατάσταση 

Για τη σωστή εγκατάσταση ενός Inverter γενικότερα αλλά και σε εφαρμογές ανελκυστήρων θα πρέπει να ακολουθούνται με όσον το δυνατόν μικρότερες αποκλίσεις τα παρακάτω:

·         Να ακολουθούνται οι οδηγίες που αναγράφονται στο εγχειρίδιο Λειτουργίας (Manual)

·         Να εγκαθίστανται πάντοτε εντός ηλεκτρολογικού πίνακα (όχι σε τοίχους και πατώματα)

·         Να προορίζονται μόνον για την λειτουργία τριφασικών ηλεκτροκινητήρων (όχι άλλα   

·         φορτία)

·         Ο χώρος εγκατάστασης τους να είναι απαλλαγμένος όσο το δυνατόν από σκόνη και υγρασία (χώροι με κίνδυνο εκρήξεων, λάδια, οξέα, μηχανικοί κραδασμοί, κρουστικά φορτία)

·         Οι θερμοκρασίες να είναι σύμφωνα με το εγχειρίδιο λειτουργίας

·         Να ρυθμίζεται σωστά η λειτουργία του ανεμιστήρα του Inverter και να καθαρίζεται τακτικά.

·         Ν γίνεται σωστή γείωση του Inverter σε σημείο που είναι πραγματικά γειωμένο (αποφυγή ψευδο-γειώσεων)

·         Να χρησιμοποιείται καλώδιο μπλεντάζ από Inverter à Κινητήρα (αποφυγή καλωδίων φωτιστικών – εντοιχισμένων – μονόκλωνων – συνδεδεμένων σε πολλά κομμάτια)

·         Οι ασφάλειες και τα προστατευτικά να είναι σύμφωνα με το εγχειρίδιο λειτουργίας

·         Να ανοίγονται τα καπάκια ενός Inverter τουλάχιστον 5 λεπτά μετά την απενεργοποίηση του

·         Η καλωδίωση να ακολουθεί τις τεχνικές οδηγίες του εγχειρίδιου

·         Να επιλέγουμε κινητήρες κλάσης Μονώσεως F

·         Πάντοτε να συμβουλευόμαστε το εγχειρίδιο λειτουργίας

*Ο κ. Νικόλαος Μπαχτής είναι ηλεκτρονικός μηχανικός, διευθυντής πωλήσεων της εταιρείας Alpha Motion ΑΕ

πηγή:περιοδικό Ηλεκτρολόγος