Basisprincipes Frequentieregelaars

Frequentieregelaars zijn apparaten die een variabele elektrische voeding genereren (bijvoorbeeld 0 tot 400 V/0 tot 50 Hz) uit een vaste netvoeding (bijvoorbeeld 400 V en 50 Hz). Sinds de jaren ’60 is de ontwikkeling van frequentieregelaars sterk verbeterd, dankzij vooruitgangen in microprocessortechnologie, halfgeleiders en prijsverlagingen. De basisprincipes van frequentieregelaars zijn echter ongewijzigd gebleven.

Er zijn twee hoofdtypen frequentieregelaars:

Directe regelaars: Deze omvormers voeren de conversie zonder tussentijdse opslag uit. Ze worden vooral in hoogvermogentoepassingen (megawattbereik) gebruikt en hebben een beperkt regelbereik (ongeveer 25 tot 30 Hz bij een netfrequentie van 50 Hz). Ze zijn vaak gekoppeld aan synchroonmotoren en worden toegepast in situaties met hoge eisen aan dynamische prestaties.

Frequentieregelaars met tussenkring: Dit type is het meest gangbaar en maakt gebruik van een tussenkring, oftewel een DC-bus. De tussenkring stabiliseert de pulserende gelijkstroom (DC) van de gelijkrichter en maakt deze geschikt voor gebruik in de inverter, die de DC-spanning omzet naar een variabele AC-spanning voor de motor. Frequentieregelaars met tussenkring kunnen verder worden onderverdeeld in twee subtypes:

  • Constante tussenkring
  • Variabele tussenkring

    De belangrijkste componenten van een frequentieregelaar met tussenkring zijn:

    • Gelijkrichter: Zet de netvoeding om in een pulserende DC-spanning. Er zijn verschillende typen gelijkrichters, waaronder ongestuurd, halfgestuurd, volledig gestuurd en active front-end.
    • Tussenkring: Zet de pulserende DC om in stabiele DC en zorgt voor het afvlakken van de spanning.
    • Inverter: Zet de constante DC om in een variabele AC-spanning, wat nodig is voor de motor.
    • Stuurcircuit: Verstuurt en ontvangt signalen tussen de gelijkrichter, tussenkring en inverter, en regelt de werking van de halfgeleiders in de inverter.

    Er zijn verschillende configuraties van frequentieregelaars afhankelijk van de gebruikte topologie en de schakelpulsen (zoals PAM, PWM, CSI), waarbij het schakelpatroon de voedingsspanning naar de motor regelt.

    Samenvattend, frequentieregelaars zorgen voor een efficiënte en flexibele manier om de snelheid en het koppel van motoren te regelen door de frequentie en spanning van de voedingsspanning aan te passen.

    2. Gelijkrichters in Frequentieregelaars

    Gelijkrichters zijn essentiële componenten in frequentieregelaars en worden gebruikt om wisselstroom (AC) om te zetten naar gelijkstroom (DC). Afhankelijk van het vermogen van de toepassing kan de voeding een driefase- of eenfasewisselspanning zijn, bijvoorbeeld 3 x 400 V/50 Hz (driefase) of 1 x 230 V/50 Hz (eenfase).

    De gelijkrichter bestaat uit verschillende typen halfgeleiders, zoals diodes, thyristoren of bipolaire transistoren (IGBT’s). Er zijn vier hoofdtypen gelijkrichters:

    Ongestuurde Gelijkrichters (B6-brug):

    • Bestaan uit diodes die stroom slechts in één richting doorlaten, van de anode naar de kathode.
    • Bij driefasevoeding produceert de gelijkrichter een pulserende DC-spanning.
    • De gemiddelde DC-spanning is ongeveer 1,31 tot 1,41 keer de netspanning bij driefasevoeding.
    • Ongestuurde gelijkrichters veroorzaken niet-sinusvormige stroomopname, wat storingen in het net kan veroorzaken. Dit wordt vaak verminderd door B12-gelijkrichters te gebruiken, die 12 diodes bevatten (12-pulsgelijkrichters).

    Halfgestuurde Gelijkrichters:

    • Een deel van de diodes wordt vervangen door thyristoren (siliciumthyristoren of SCR’s).
    • De thyristoren kunnen worden gestuurd om de inschakelstroom te regelen en een “soft-charge” van de condensatoren in de tussenkring te realiseren.
    • Deze gelijkrichters worden vaak toegepast in frequentieregelaars van 37 kW en hoger, en de uitgangsspanning is vergelijkbaar met die van ongestuurde gelijkrichters.

    Volledig Gestuurde Gelijkrichters:

    • Gebruiken thyristoren die kunnen worden gestuurd via een poort (G), waardoor de geleidende fase kan worden gecontroleerd.
    • De spanning kan variëren door de vertraging van het stuursignaal (α), dat bepaalt wanneer de thyristor geleidt.
    • Ze bieden het voordeel van het mogelijk maken van regeneratief remvermogen, waarbij energie terug naar het net kan vloeien. Dit verhoogt de efficiëntie, maar veroorzaakt wel meer verliezen en netverstoringen.
    • De gemiddelde gelijkgerichte spanning wordt gegeven door de formule: U = 1,35 × Unetspanning × cos(α).

    Active Front End (AFE) / Active Infeed Converters (AIC):

    • Gebruikt in toepassingen waar de motor als generator werkt, zodat energie kan worden teruggevoerd naar het voedingsnet.
    • Voorwaarde voor energie-terugvoer is dat de spanning in de tussenkring hoger is dan de netspanning, wat continu moet worden gehandhaafd.
    • AFE’s verminderen ook harmonischen die anders verstoringen in het net kunnen veroorzaken, en verbeteren de energiebalans door de mogelijkheid van regeneratie.

      Samenvattend, gelijkrichters zijn cruciaal voor het omzetten van AC naar DC in frequentieregelaars. Ze zijn onderverdeeld in ongestuurde, halfgestuurde, volledig gestuurde en actieve varianten, afhankelijk van de mate van controle en de vereiste prestaties. Volledig gestuurde en AFE-gelijkrichters bieden geavanceerdere functies, zoals energie-terugvoer en betere controle over de stroom.

      3. Tussenkring in Frequentieregelaars

      De tussenkring in een frequentieregelaar speelt een cruciale rol in de omzetting van stroom en het stabiliseren van de spanning tussen de gelijkrichter en de inverter. Afhankelijk van het ontwerp kan de tussenkring verschillende functies vervullen:

      Energiebuffering – Het biedt de motor de mogelijkheid om energie op te slaan en terug te voeren naar het net via de inverter.

      Ontkoppeling van gelijkrichter en inverter – De tussenkring fungeert als een schakel tussen de gelijkrichter en de inverter.

      Beperkingen van netstoringen – De tussenkring helpt bij het beperken van harmonischen en andere netstoringen.

        Er zijn verschillende soorten tussenkringen, elk met specifieke kenmerken en toepassingen:

        Variabele Tussenkring

        • Werking: Deze tussenkring bevat een grote inductor (reactor) die de pulserende DC-spanning van een volledig gestuurde gelijkrichter omzet in een constante DC-spanning.
        • Voordeel: De remenergie van de motor kan zonder extra componenten terug naar het net worden gevoerd.
        • Chopper: Een schakeltransistor, genaamd chopper, kan in de tussenkring worden geplaatst om de spanning te regelen door de verhouding tussen de tijd dat de transistor geleidt (aan) en niet geleidt (uit) aan te passen.
        • Toepassing: Gebruikt in stroomgestuurde frequentieregelaars (I-regelaars).

        Constante Tussenkring

        • Werking: Deze tussenkring bevat vaak een filter met elektrolytische condensatoren en/of een inductor (reactor).
        • Voordelen van condensatoren:
          • Vermogen om pulserende DC-spanning af te vlakken.
          • Beschikbaar als energiereserve bij netspanningsdalingen en voor het opvangen van belastingspieken.
        • Voordelen van inductoren:
          • Beperkingen van stroomrimpels en netstoringen, wat de levensduur van de componenten verlengt en het gebruik van kleinere voedingsgeleiders mogelijk maakt.
        • Toepassing: Werkt goed met zowel volledig gestuurde als ongestuurde gelijkrichters. Bij volledig gestuurde gelijkrichters blijft de spanning constant, terwijl bij ongestuurde gelijkrichters de spanning een constante amplitude heeft.

        Condensatorloze Tussenkring

        • Kenmerken:
          • Geen condensatoren of inductoren; het systeem is compacter en lichter.
          • Lagere bouwkosten en geen laadcircuit nodig.
          • De frequentieregelaar is gevoeliger voor kortstondige spanningsdalingen (door transiënten in het net).
          • Netstoringen kunnen optreden in het hoge frequentiespectrum, en de uitgangsspanning kan met ongeveer 10% verminderen.
          • Langere herstarttijd en hogere motorenergieverbruik door hogere rimpels in de spanning.
        • Toepassing: Wordt gebruikt in toepassingen waar kosten en ruimtebesparing belangrijker zijn, maar met enige nadelen in termen van prestaties bij netverstoringen.

        Common DC Bus

        • Werking: Bij toepassingen met meerdere frequentieregelaars kan de DC-spanning worden gedeeld tussen verschillende inverters via een Common DC Bus. Dit wordt vaak gebruikt in systemen met parallelle motoren.
        • Voordelen:
          • De Common DC Bus kan remenergie van de motoren terugvoeren naar het net, wat kan leiden tot energiebesparingen.
          • In sommige gevallen kan een remchopper worden gebruikt om remenergie op te vangen wanneer regeneratie naar het net niet mogelijk is.
          • Bij meerdere regelaars op dezelfde DC-bus kan remenergie van de ene regelaar direct aan de andere regelaars worden geleverd, wat de energie-efficiëntie verhoogt.

        Samenvatting

        De keuze van het type tussenkring (variabel, constant, condensatorloos, of Common DC Bus) hangt af van de specifieke eisen van de toepassing, zoals de gewenste energie-efficiëntie, kosten, ruimtebeperkingen en het vermogen om energie terug te voeren naar het net. Elk type biedt unieke voordelen en nadelen, maar ze dragen allemaal bij aan het efficiënt regelen van de spanning en het optimaliseren van de werking van de motoren en frequentieregelaars.

        4. De Inverter in Frequentieregelaars

        De inverter in een frequentieregelaar is het laatste onderdeel in het proces van het regelen van de uitgangsspanning en -frequentie naar de motor. De inverter zorgt ervoor dat de energie die vanuit de tussenkring wordt ontvangen, omgezet wordt naar een geschikte AC-spanning met een variabele frequentie die nodig is voor de motor. Het basisdoel van de inverter is om de motor te voorzien van de juiste spanning en frequentie, afhankelijk van de belastingsomstandigheden, zodat de motor efficiënt kan draaien in het volledige toerentalbereik.

        Functies van de Inverter:

        • Spanning en frequentie genereren: De inverter zet de inkomende DC-energie om in een AC-uitgangsspanning met de juiste frequentie voor de motor.
        • Motoroptimalisatie: De inverter houdt de motorwerking optimaal door de magnetisering van de motor constant te houden.
        • Verschillende stroomsoorten: De inverter werkt met drie verschillende soorten DC-energie:
          • Variabele gelijkstroom (DC)
          • Variabele DC-spanning
          • Constante DC-spanning

        Afhankelijk van de ontvangen stroom moet de inverter de juiste frequentie en in sommige gevallen ook de amplitude van de spanning produceren.

        Basisprincipes van de Inverter:

        De inverter is opgebouwd uit gestuurde halfgeleiders, meestal transistoren of thyristoren, die in paren op drie aftakkingen zijn ingedeeld. De transistoren kunnen echter steeds vaker de plaats van thyristoren innemen om verschillende redenen:

        • Schakelfrequentie en flexibele werking: In tegenstelling tot thyristoren, die afhankelijk zijn van de nuldoorgang van de stroom, kunnen transistoren op elk gewenst moment schakelen (in- of uitschakelen) door wijziging van de polariteit van de spanning op de stuurklemmen.
        • Hoge schakelfrequentie: Dankzij de recente vooruitgangen in halfgeleidertechnologie kunnen transistoren nu werken bij schakelfrequenties van honderden kHz, wat zorgt voor een betere modulatie van de uitgangsspanning en voorkomt interferentie van de motorstroom door pulsmagnetisering.

        Soorten Transistoren voor Inverters:

        Er zijn drie hoofdtypen vermogenstransistoren die veel worden gebruikt in de invertersectie van frequentieregelaars:

        Bipolaire transistors (LTR): Deze zijn goed voor toepassingen waarbij zowel stroom- als spanningsbeheer belangrijk is, maar ze hebben hogere schakeltijden en verliezen dan andere transistoren.

        Unipolaire transistors (MOSFET): MOSFET’s (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors) zijn zeer geschikt voor toepassingen met hoge schakelfrequenties, maar zijn minder efficiënt bij hogere spanningen.

        Bipolaire transistors met geïsoleerde poort (IGBT): IGBT’s combineren de voordelen van zowel MOSFET’s als bipolaire transistors. Ze bieden uitstekende geleiding, hoge schakelfrequenties, en eenvoudigere regeling, waardoor ze de beste keuze zijn voor frequentieregelaars in veel toepassingen.

          Kenmerken van de Inverter:

          • Hoge schakelfrequentie: Hoe hoger de schakelfrequentie, hoe minder interferentie in de motorstroom en hoe dichter de motorstroom bij een sinusvorm komt. Dit leidt tot een efficiëntere werking van de motor, maar verhoogt tegelijkertijd de verliezen in de inverter zelf.
          • Bescherming van componenten: Een vrijloopdiode wordt vaak parallel met elke transistor geplaatst om de transistoren te beschermen tegen inductieve spanningen die zich kunnen opbouwen in de motorbelastingen.

          Verlies en Efficiëntie:

          Er is altijd een compromis tussen het verlagen van de verliezen in de motor (door een meer sinusvormige motorstroom te genereren) en de verliezen die optreden in de inverter bij hogere schakelfrequenties. Naarmate de frequentie van de inverter wordt verhoogd, nemen de verliezen in de inverter toe, wat een afweging is bij het kiezen van de juiste schakelfrequentie.

          Samenvatting van de werking van de inverter in frequentieregelaars:

          • Verantwoordelijk voor het genereren van de uitgangsspanning: De inverter zet de inkomende DC-stroom om in een AC-signaal met de juiste frequentie voor de motor.
          • Gebruik van transistoren: Transistoren, vooral IGBT’s, worden steeds vaker gebruikt vanwege hun hoge schakelfrequenties en uitstekende geleidingseigenschappen.
          • Schakelfrequentie: Een hogere schakelfrequentie vermindert de motorstroomverstoringen, maar verhoogt de verliezen in de inverter.
          • Bescherming van de inverter: Vrijloopdiodes helpen bij het beschermen van de transistoren tegen opgelegde spanningen veroorzaakt door de inductieve belasting van de motor.

          Door deze technologieën kan de inverter zeer efficiënte en dynamische controle over de motor leveren, waardoor de frequentieregelaar optimaal kan presteren in uiteenlopende industriële toepassingen.

          5. Modulatieprincipes in Frequentieregelaars

          In frequentieregelaars wordt de uitgangsspanning voor de motor geregeld door middel van verschillende modulatietechnieken. De twee belangrijkste methoden zijn Pulsamplitudemodulatie (PAM) en Pulsbreedtemodulatie (PWM). Beide technieken hebben hun eigen voor- en nadelen, afhankelijk van de specifieke toepassing en de eisen aan de motor.

          Pulsamplitudemodulatie (PAM)

          • Werking: PAM wordt gebruikt in frequentieregelaars waar de tussenkringspanning of -stroom varieert. De amplitude van de uitgangsspanning wordt gereguleerd door de chopper in de tussenkring. Bij een volledig gestuurde gelijkrichter wordt de amplitude direct gegenereerd.
          • Toepassing: Het patroon van de schakelintervallen van de halfgeleiders wordt opgeslagen en uitgelezen op basis van de gewenste uitgangsfrequentie. De amplitude van de tussenkringspanning beïnvloedt de schakelintervallen.
          • Voordelen:
            • Vermindert motorgeluid in toepassingen met hoge toerentallen (zoals snellopende motoren).
            • Efficiënt voor specifieke toepassingen met speciale hardware.
          • Nadelen:
            • Hogere kosten door geavanceerde hardware.
            • Hogere koppelrimpels bij lage toerentallen.

          Pulsbreedtemodulatie (PWM)

          • Werking: PWM is de meest gebruikte modulatiemethode in frequentieregelaars met een constante tussenkringspanning. Hierbij wordt de motorspanning geregeld door de tussenkringspanning gedurende een bepaalde tijd in te schakelen. De pulsbreedte (de duur van de pulsen) varieert om de spanning te regelen.
          • Voordelen:
            • Lagere hardwarevereisten dan PAM.
            • Biedt betere prestaties bij lage toerentallen.
            • Kan altijd een remweerstand gebruiken, wat de controle vergemakkelijkt.
            • Produceert minder verlies in de motor bij lagere toerentallen.
            • Simuleert een sinusvormige motorstroom door de pulsen te moduleren.
          • Nadelen:
            • Akoestisch motorgeluid kan toenemen bij lage schakelfrequenties, hoewel dit kan worden verminderd door de schakelfrequentie te verhogen.
            • Verlies van spanning bij lage frequenties (tot 13% minder dan de netspanning).
            • Verhoogde harmonischen bij lage toerentallen kunnen leiden tot grotere verliezen in de motor.

          Uitgangsspanning en Frequentie in PWM

          De uitgangsspanning in PWM wordt verdeeld in pulsen die tussen de halve tussenkringspanning en de fasespanning wisselen. Dit resulteert in een spanning die 0,866 maal de netspanning is (zoals uitgelegd in de figuren van de netspanning en fasespanning). De amplitude van de uitgangsspanning wordt geregeld door de verhouding tussen de pulsbreedte en de pauzes tussen de pulsen.

          • Bij lagere schakelfrequenties kan het motorgeluid toenemen. Dit kan worden verminderd door de frequentie te verhogen, wat tegenwoordig mogelijk is dankzij de vooruitgang in halfgeleidertechnologie.
          • De spanning wordt stapsgewijs verhoogd bij hogere frequenties, maar dit kan leiden tot instabiliteit van de motorstroom als de frequentie boven een bepaald punt stijgt.

          Asynchrone PWM

          Asynchrone PWM-methoden zoals SFAVM (Stator Flux Asynchrone Vectormodulatie) en 60° AVM (Asynchrone Vectormodulatie) bieden meer flexibiliteit in het aanpassen van de amplitude en de hoek van de inverterspanning. Deze technieken zijn bijzonder nuttig voor het verminderen van koppelrimpels en voor het regelen van het draaiveld van de motor.

          Stator Flux Asynchrone Vectormodulatie (SFAVM)
          • Werking: SFAVM is een ruimtevectormodulatie (space vector modulation) techniek die het mogelijk maakt om de inverterspanning willekeurig, maar stapsgewijs te wijzigen, om koppelrimpels te vermijden. Dit wordt gedaan door de statorflux op het optimale niveau te houden.
          • Voordelen:
            • Houdt de statorflux op een optimaal niveau, wat zorgt voor een soepele motorwerking zonder koppelrimpels.
            • Het schakelpatroon zorgt voor een stabiele werking, vooral bij lage toerentallen.
          • Nadelen:
            • Hogere rekentijd voor real-time berekeningen van de spanningswaarden, hoewel dit kan worden geoptimaliseerd met behulp van tabellen voor verschillende hoeken.
          Asynchrone Vectormodulatie (60° AVM)
          • Werking: Bij de 60° AVM wordt de spanningsvector elke 60° verschoven, waarbij elke fase gedurende 60° van de periode constant blijft. Dit zorgt voor minimale schakelverliezen en betere efficiëntie bij hogere toerentallen.
          • Voordelen:
            • Efficiëntie bij hoog toerental: De schakelverliezen worden beperkt door de 60° schakelperiode, wat zorgt voor een hogere efficiëntie bij hoge snelheden.
            • Het volle motorvermogen kan worden behaald zonder oververhitting van de motor.
          • Nadelen:
            • Deze methode is minder geschikt voor lage toerentallen (daarvoor is SFAVM beter).
            • Het schakelpatroon is complexer dan bij standaard PWM.

          Conclusie: Keuze van de Modulatiemethode

          • PAM is geschikt voor toepassingen met variabele tussenkringspanning en biedt voordelen voor hoge toerentallen en minder motorgeluid, maar heeft hogere kosten en meer hardwarevereisten.
          • PWM is de meest toegepaste methode, vooral voor constante tussenkringspanning, en biedt betere prestaties bij lage toerentallen, met het nadeel van akoestisch motorgeluid en enige spanningverliezen.
          • Asynchrone PWM-technieken (zoals SFAVM en 60° AVM) zijn geschikt voor toepassingen waar de motorprestaties bij verschillende snelheden geoptimaliseerd moeten worden, met minimale schakelverliezen bij hogere toerentallen.

          De keuze van de modulatiemethode hangt af van de vereisten voor motorgeluid, efficiëntie, regelbaarheid en kosten in de specifieke toepassing.

          6. Stuurcircuit en methoden

          Het stuurcircuit (of stuurkaart) in een frequentieregelaar speelt een cruciale rol bij de werking van de regelaar. Het zorgt voor de besturing van de motor, de communicatie met randapparatuur, en de bewaking van systeemcondities. Het stuurcircuit kan verschillende methoden gebruiken om de prestaties van de motor te regelen, afhankelijk van de complexiteit en de vereisten van de toepassing. Hier is een samenvatting van de belangrijkste concepten en methoden die in het beschreven stuk aan bod komen.

          Hoofdcomponenten van een frequentieregelaar:

          1. Gelijkrichter – Zet wisselstroom (AC) om in gelijkstroom (DC).
          2. Tussenkring – De DC tussen de gelijkrichter en inverter.
          3. Inverter – Zet de gelijkstroom weer om in wisselstroom met de gewenste frequentie en spanning.
          4. Stuurcircuit (Stuurkaart) – Verantwoordelijk voor de besturing en communicatie.

          Functies van het Stuurcircuit:

          • Halfgeleiderbesturing – Het stuurcircuit regelt de halfgeleiders in de frequentieregelaar, die bepalend zijn voor de dynamische prestaties en nauwkeurigheid.
          • Gegevensuitwisseling – Communicatie met randapparatuur zoals PLC’s en encoders.
          • Foutdetectie en waarschuwing – Het stuurcircuit detecteert fouten, waarschuwt voor ongewenste toestanden en zorgt voor beveiliging van het systeem.
          • Beveiliging – Beveiligingsfuncties voor de frequentieregelaar en de motor.

          Besturingsmethoden:

          Er zijn verschillende manieren waarop een frequentieregelaar de motor kan aansteken en besturen, afhankelijk van de dynamische vereisten, de nauwkeurigheid en de respons van het systeem. De belangrijkste methoden zijn:

          1. Eenvoudige Besturingsmethode (Scalair zonder compensatie):
            • Het uitgangssignaal (spanning) is lineair gerelateerd aan de ingestelde frequentie.
            • Heeft vaak instabiliteit, moeilijke motorstarts, en geen motorbeveiliging.
            • Tegenwoordig zelden toegepast vanwege de lage prestaties en veiligheidsoverwegingen.
          2. Scalair met Compensatie:
            • Toevoeging van compensatie voor belasting en slip om dynamische prestaties te verbeteren.
            • Vermijdt de nadelen van eenvoudige sturingen, maar heeft geen koppelregelingscapaciteiten.
            • Geschikt voor toepassingen met minder complexe belastingvariaties.
          3. Ruimtevectorbesturing (Space Vector Control):
            • Regelt niet alleen de spanning en frequentie, maar ook de fasehoek van de spanning, wat resulteert in verbeterde dynamische prestaties.
            • Kan zowel met als zonder terugkoppeling worden uitgevoerd (met terugkoppeling vereist een encoder of sensor).
            • Verbetert de efficiëntie en de prestaties van de motor bij plotselinge belastingveranderingen.
          4. Fluxbesturing (Feldgerichte Besturing):
            • Regelt de rotorflux direct, in plaats van de statorflux, voor meer precisie en dynamiek.
            • Zonder terugkoppeling: vereist simulaties van de rotorconditie en is minder geschikt voor lage snelheden.
            • Met terugkoppeling: maakt gebruik van encoders of sensoren voor een nauwkeuriger regeling van motorparameters (zoals toerental en koppel).
          5. Servo-omvormers (Servo Drives):
            • Gebruikt voor toepassingen die hoge dynamische prestaties vereisen, zoals servosystemen voor precisiebewegingen.
            • De hardware wordt vaak versterkt om de vereiste prestaties te leveren.
          6. Geïntegreerde Bewegingscontroller (Integrated Motion Controller, IMC):
            • Voert nauwkeurige positionering en synchronisatie uit zonder de noodzaak van een aparte servomotorcontroller.
            • Geschikt voor toepassingen met positionering op één as en synchronisatie van meerdere assen.

          Reactietijd en Precisie:

          • Toerentalnauwkeurigheid: De nauwkeurigheid van het toerental wordt vaak uitgedrukt als een percentage van het nominale toerental en is afhankelijk van de gebruikte regelmethode.
          • Koppelregeling: Dit wordt bepaald door de nauwkeurigheid van het koppel ten opzichte van het nominale motorvermogen. Meer geavanceerde besturingsmethoden, zoals flux-vector en ruimtevector, bieden betere prestaties in koppelregeling dan eenvoudige methoden.

          Conclusie:

          De keuze van de besturingsmethode hangt sterk af van de toepassing en de vereiste prestaties. Voor eenvoudige toepassingen zijn basismethoden zoals scalaire sturing voldoende. Voor meer dynamische en nauwkeurige toepassingen, zoals die welke precisie in beweging en synchronisatie vereisen, zijn meer geavanceerde methoden zoals ruimtevector- en flux-vectorbesturing nodig. De besturing van de motor gebeurt vrijwel volledig door software, waarbij complexe regelalgoritmen zorgen voor de optimale prestaties van de motor in verschillende bedrijfsomstandigheden.

          7. Normen en Wetgeving voor Frequentieregelaars

          Frequentieregelaars, zoals andere elektrische en elektronische producten, moeten voldoen aan bepaalde wettelijke vereisten en technische normen om te garanderen dat ze veilig en betrouwbaar functioneren. Deze normen zorgen voor consistente kwaliteits- en veiligheidsmaatregelen en bevorderen de samenwerking tussen fabrikanten en markten wereldwijd. Hier is een overzicht van de relevante wetgeving en normen die van toepassing zijn op frequentieregelaars.

          Wetgeving vs. Normen

          Wetgeving:

          • Wetten worden opgesteld door overheden en wetgevingsinstanties op nationaal of lokaal niveau en zijn verplicht voor fabrikanten en gebruikers. Deze wetten kunnen per land verschillen en behelzen algemene richtlijnen en eisen zonder veel technische details.
          • Voorbeeld van wetgeving: In de EU geldt de Machine Richtlijn (2006/42/EG), die veiligheidseisen voor machines en hun componenten stelt, inclusief frequentieregelaars.
          • Wetgeving heeft betrekking op zaken als veiligheid, gezondheid en milieu en reguleert de toelating van producten op de markt.

          Normen:

          • Normen worden opgesteld door gespecialiseerde normalisatie-instellingen zoals de International Electrotechnical Commission (IEC) en het Europees Comité voor Elektrotechnische Normalisatie (CENELEC). Deze normen weerspiegelen de actuele stand van de techniek en zorgen ervoor dat producten wereldwijd compatibel en veilig zijn.
          • Normen bevatten gedetailleerde technische eisen en specificaties. Ze kunnen betrekking hebben op veiligheid, prestaties, testen en EMC (elektromagnetische compatibiliteit) van de frequentieregelaar.
          • Voorbeelden van normen:
            • IEC 61800-5-1: Beveiliging van frequentieregelaars en bijbehorende apparatuur.
            • IEC 61000: EMC-normen die eisen stellen aan de elektromagnetische compatibiliteit van apparaten.
            • EN 50178: Veiligheid van elektrische installaties voor industriële toepassingen, waaronder frequentieregelaars.

            CE-Markering en Conformiteitsverklaring

            • CE-markering: In de EU moet een product voldoen aan de Essentiële Eisen van relevante EU-richtlijnen, en de fabrikant moet dit conformiteitsproces documenteren door de CE-markering op het product te plaatsen. Deze markering duidt aan dat het product voldoet aan de Europese wetgeving en normen voor veiligheid, gezondheid en milieu.
            • Conformiteitsverklaring: De fabrikant moet een schriftelijke verklaring opstellen waarin wordt bevestigd dat het product voldoet aan de betreffende Europese normen en wetgeving. Dit document bevat details over de toegepaste normen en de bijbehorende testresultaten.

            Andere Belangrijke Normen en Certificeringen

            1. UL Listing (Underwriters Laboratories): Deze certificering is vereist voor producten die op de Noord-Amerikaanse markt (VS en Canada) verkocht worden. Het geeft aan dat het product voldoet aan de veiligheidseisen die door UL zijn vastgesteld.
            2. IEC 61800: Dit is een reeks van normen specifiek voor frequentieregelaars. Het omvat eisen voor de werking, prestaties en veiligheid van frequentieregelaars in een industriële omgeving:
              • IEC 61800-1: Algemeen deel voor aandrijfsystemen.
              • IEC 61800-2: Vereisten voor de milieuomstandigheden van frequentieregelaars.
              • IEC 61800-3: EMC-eisen voor de elektrische netinteractie.
            3. NEMA (National Electrical Manufacturers Association): In de VS, naast UL-certificering, kan een product ook voldoen aan de normen van NEMA, die betrekking hebben op de elektrische prestaties van machines en apparatuur.
            4. RoHS (Restriction of Hazardous Substances): Deze richtlijn heeft betrekking op het gebruik van gevaarlijke stoffen in elektrische en elektronische apparatuur in de EU. Frequentieregelaars moeten voldoen aan de RoHS-richtlijn om te voorkomen dat gevaarlijke stoffen zoals lood, kwik en cadmium in de producten aanwezig zijn.

            Betekenis voor Fabrikanten en Gebruikers

            • Fabrikanten moeten de lokale wetgeving en normen volgen om hun producten te kunnen verkopen. Dit betekent dat ze certificeringen moeten verkrijgen, zoals de CE-markering, en naleving van de relevante normen, zoals de IEC-normen en andere lokale regelgeving.
            • Gebruikers moeten ervoor zorgen dat de frequentieregelaar die ze aanschaffen voldoet aan de vereiste normen en wetgeving voor hun specifieke regio. Dit garandeert niet alleen de veiligheid, maar ook de prestaties en betrouwbaarheid van het systeem.

            Samenvatting

            De wetgeving en normen die betrekking hebben op frequentieregelaars zijn cruciaal om de veiligheid en prestaties van deze apparaten te waarborgen. Fabrikanten moeten voldoen aan zowel lokale wetten als internationale normen, zoals die van de IEC en CENELEC, om hun producten op de markt te kunnen brengen. De CE-markering en andere certificeringen, zoals de UL-listing, zijn visuele indicatoren van deze naleving. Door deze normen te volgen, kunnen fabrikanten de veiligheid, prestaties en betrouwbaarheid van hun producten garanderen, wat essentieel is voor hun acceptatie op wereldmarkten.