Frekvensomriktare: så styr du motorns varvtal

Frekvensomriktare används för att ändra frekvensen på växelspänningen som går till en motor. Med en frekvensomriktare kan du styra hur snabbt en motor går utan att ändra kraftnätet. Det är en av de vanligaste komponenterna i modern industriautomation, från pumpar och fläktar till transportband och verkstadens bearbetningsmaskiner.

Den grundläggande funktionen beskrivs i svensk facklitteratur, bland annat i Wikipedia-artikeln om frekvensomriktning, så: frekvensomriktning används inom elektronik för att omvandla en växelspänning av en frekvens till en växelspänning av en annan frekvens. Det är den enkla definitionen. I praktiken betyder det att elnätets 50 hertz kan bli en annan frekvens som motorn behöver.

Två huvudtyper av omriktare

Frekvensomriktare delas upp i två huvudgrupper: omriktare av direkttyp och omriktare med mellanled. De arbetar på helt olika sätt, och valet mellan dem påverkar både pris och vad omriktaren klarar.

Direkttypen omvandlar en frekvens till en annan utan något mellansteg. Den kallas ofta cyklokonverter. I trefasutförande består den av tyristorriktare, och utgående frekvens kan bli högst hälften av den ingående frekvensen. Direkttypen används i stora och långsamtgående motordrivsystem, och för att omvandla elnätets 50 hertz till järnvägsnätets 16 2/3 hertz. Enligt samma källa ersätts direkttypen i dag till stor del av PWM-omriktare.

Omriktare med mellanled är den typ du i dag oftast möter i fabriker. Principen är en annan: den ingående växelspänningen likriktas först till likspänning, och den likspänningen omvandlas sedan till en växelspänning med ny frekvens.

Så fungerar en omriktare med mellanled

En omriktare med mellanled har tre delar. Varje del har en tydlig uppgift, och det är bra att känna till dem när något går fel.

Likriktardelen

Den första delen tar emot den inkommande växelspänningen och gör den till likspänning. Det sker med dioder, som förhindrar att spänningen byter polaritet. Resultatet är en spänning som bara går åt ett håll.

Mellanledet

Mellan likriktaren och växelriktaren sitter mellanledet. Det består av en induktor och ett kondensatorbatteri som tillsammans bildar ett LC-filter. Filtret jämnar ut den ojämna strömmen från likriktaren så att växelriktaren får en stabil spänning att arbeta med. Mellanledet är också den del som du bör titta extra på om omriktaren larmar för spänningsproblem.

Växelriktaren

Den tredje delen formar likspänningen till den nya frekvensen. Halvledare hackar sönder likspänningen och portionerar ut den som pulser. Genom att växelvis skicka positiva pulser från mellanledets plus-pol och negativa pulser från minus-polen bildas en växelspänning. Det är den tekniken som kallas PWM, pulsbreddsmodulering, och den gör att man kan styra både frekvens och spänning. Motorn får därmed den frekvens som styrsystemet begär.

Var används frekvensomriktare?

De vanligaste användningarna är pumpar, fläktar, kompressorer, transportband och bearbetningsmaskiner där hastigheten ska kunna ändras. När motorn kan gå i rätt varvtal för varje moment slipper man ofta mekaniska lösningar som växellådor och spjäll för att reglera flödet.

I större drivsystem, till exempel vid långsamtgående motorer, används fortfarande direkttypen i vissa fall. För de flesta industriella tillämpningar är PWM-omriktare dock det naturliga valet, eftersom de är mer flexibla i sin styrning.

Det du bör kontrollera innan du väljer

En frekvensomriktare väljs utifrån motorn den ska driva och lasten den ska styra. Gå igenom följande punkter innan du beställer.

1. Motorns märkdata. Kontrollera märkspänning, märkström och märkfrekvens på motorns typskylt. Omriktaren måste klara strömmen som motorn drar.
2. Typ av last. En fläkt och ett transportband har olika krav på hur mycket moment som behövs vid låg hastighet. Beskriv lasten för leverantören.
3. Nätspänning. Kontrollera vilken spänning och fas som finns på anläggningen. Omriktaren måste vara anpassad för nätet.
4. Miljö. Damm, fukt och värme påverkar elektroniken. Kontrollera skyddsklass och kylning mot skåpets placering.
5. Styrning och gränssnitt. Bestäm hur omriktaren ska få sina börvärden, till exempel från en PLC eller från en knapp. Det avgör vilka kommunikationsgränssnitt du behöver.

Gör också en enkel kontroll av hur motorn ska stoppas och startas. Vid en ramp kan motorn gå långsamt upp till varvtal, vilket ofta är bra för både mekanik och elnät.

Vanliga misstag

Det vanligaste misstaget är att välja omriktare utifrån motorns effekt i kilowatt utan att kontrollera strömmen. Ett annat är att bortse från kylningen i skåpet. Elektroniken värms upp av sin egen drift, och en varm omriktare slutar att fungera stabilt. Det tredje misstaget är att installera utan att läsa leverantörens dokumentation för parameterinställning. Ett kort inställningsfel kan ge att motorn går för hårt eller stannar mitt i ett moment.

Vanliga frågor

Är en frekvensomriktare samma sak som en mjukstartare? Nej. En mjukstartare ökar spänningen gradvis vid start, medan en frekvensomriktare styr frekvensen under hela driften.

Kan jag använda en frekvensomriktare på vilken motor som helst? Det beror på motorns typ och märkdata. Kontrollera alltid att motorn och omriktaren passar ihop innan du kopplar in.

Vad är skillnaden mellan direkttyp och mellanledsomriktare? Direkttypen omvandlar frekvensen utan mellansteg och används främst i stora, långsamma drivsystem. Mellanledsomriktaren likriktar först och bygger sedan upp en ny växelspänning. Det är den vanligaste typen i fabriker idag.

Vill du läsa vidare om hur styrningen av en maskin hänger ihop med omriktaren, se vår guide om industrirobot eller cobot. Om du planerar en större automatisering kan automatisera produktion ge dig en ordning att arbeta i.