Frequentieomvormer: Installatie in de schakelkast of decentraal in het veld?
Frequentieomvormers maken een flexibele regeling van het toerental mogelijk en zijn daarom een onmisbaar onderdeel van geautomatiseerde productieconcepten. Frequentieomvormers kunnen in de schakelkast of direct bij of op de motor worden geïnstalleerd. Wat is het verschil tussen deze twee strategieën? Wat zijn de voordelen van decentrale concepten? En welk aandrijfconcept is geschikt voor welke toepassing? Antwoorden, oplossingen en perspectieven.
Eén opmerking vooraf: In de regel is er niet één juiste oplossing, hiervoor spelen te veel factoren een rol bij de keuze van het aandrijfconcept. Installatie in de schakelkast, decentrale inzet in het veld of een combinatie van beide? Elke strategie heeft zijn eigen voor- en nadelen. Daarom moet in veel gevallen zorgvuldig worden afgewogen waar de frequentieomvormers moeten worden geplaatst. Uiteraard zijn er vele criteria die bij het besluitvormingsproces kunnen helpen. In deze blogpost bieden we u een overzicht van de verschillende mogelijkheden en laten we zien waar u op moet letten bij de keuze van de juiste frequentieomvormer. Onze experts op het gebied van aandrijfelektronica helpen u graag verder. Neem contact met ons op!
Waarheen met de frequentieomvormer?
Meestal zijn er verschillen in de eigenschappen, werking en prestaties van decentrale frequentieomvormers en omvormers in schakelkasten. Terwijl schakelkastapparaten het volledige scala aan functies bieden, zijn decentrale omvormers vaak eenvoudigere, afgeslankte varianten met minder functies. NORD DRIVESYSTEMS pakt het anders aan. In tegenstelling tot wat gebruikelijk is in dit marktsegment, gebruikt de aandrijfspecialist uit Noord-Duitsland hetzelfde platformconcept voor schakelkastapparaten en decentrale oplossingen. Het resultaat: dezelfde prestaties en functie-omvang, ongeacht waar de omvormer wordt geïnstalleerd.
De prestaties van de frequentieomvormer zijn echter niet het enige beslispunt voor of tegen installatie in de schakelkast. Aspecten als de opzet of de omgeving van de installatie, efficiency-eisen, onderhoudsbehoeften en aanpassingsmogelijkheden maken eveneens een verschil en moeten in de overwegingen worden meegewogen. Vaak zijn ook de kosten allesbepalend. Maar uiteindelijk zijn het echter altijd de toepassingsvereisten die de doorslag geven bij de keuze van het aandrijfconcept.
Belangrijke factoren bij de keuze van de frequentieomvormer:
- Toepassing
- Bedrijfstak
- Installatiestructuur
- Motorprestaties
- Functie-omvang
- Omgevingsfactoren
- Onderhoudsinspanningen
- Flexibiliteit
De klassieker: de schakelkastomvormer
Traditioneel worden alle elektrische en elektronische componenten van een systeem – en dus ook de frequentieomvormers – in een schakelkast ondergebracht. Dit beschermt behalve de gevoelige elektronica van de omvormer ook de externe productieomgeving. Vuil, stof, hitte, vocht en elektromagnetische invloeden kunnen niet binnendringen en elektromagnetische emissies, gevaarlijke spanningen of eventuele branden kunnen niet naar buiten ontsnappen.
Over het algemeen bevindt de aandrijfelektronica zich bij 80 procent van alle toepassingen in de schakelkast. Deze besturingsarchitectuur domineert vooral in de machinebouw. De ruimtelijke scheiding van motor- en besturingstechniek heeft meestal historische redenen, maar is bij bepaalde toepassingen ook een voordeel - vooral als het gaat om hoge vermogens/prestaties en extreme omgevingsfactoren. Hoewel decentrale aandrijfsystemen gebruikelijk zijn voor de Ex-omgevingen van zone 22 (explosief stof), vereisen explosieve gassen, nevels en dampen daarentegen zulke sterke beschermingsmaatregelen dat decentrale oplossingen technisch mogelijk zouden zijn, maar economisch niet haalbaar zijn. Veeleisende omgevingen, zoals in de procesindustrie, de chemische industrie en spuiterijen maken daarom in de meeste gevallen gebruik van een installatiepunt in de schakelkast. In sommige toepassingen kan het ook nodig zijn om centraal toegang te hebben tot de frequentieomvormers.
Bij de volgende situaties is een installatie in de schakelkast zinvol:
- Grote vermogens.
- Extreme omgevingscondities zoals explosieve gassen, nevels en dampen.
- Hoge eisen aan de hygiëne.
- Als centrale toegang tot de frequentieomvormer vereist is.
De toekomst behoort toe aan decentrale frequentieomvormers
Op veel plaatsen wordt de schakelkast nog steeds beschouwd als de ultieme manier om frequentieomvormers onder te brengen. Maar het is onzeker of dit in de toekomst zo zal blijven. Over het algemeen is er een toenemende systeemgedachte waar te nemen en zijn decentrale automatiseringsconcepten in opkomst. Waar mogelijk nemen gebruikers hun toevlucht tot gedeelde oplossingen verspreid over de installatie. Dit wordt vooral ingegeven door de verschuiving naar modulaire productie-installaties en de toenemende behoefte aan compacte, onderhoudsvriendelijke en zuinige aandrijvingen. Europa is de pionier, maar ook de VS en Azië volgen dit voorbeeld. Sectoren als interne logistiek, transporttechniek, de voedingsmiddelenindustrie, luchthaventechniek en de verpakkingsindustrie vertrouwen steeds vaker op decentrale concepten met bij of op de motoren gemonteerde geïnstalleerde frequentieomvormers. Dit is niet verrassend, omdat de specifieke voordelen van decentrale aandrijftechnologie vooral tot hun recht komen in grote installaties en in modulaire en mobiele systemen.
Bij decentralisatie worden de aandrijftaken verdeeld over individuele, intelligente componenten in het veld. Deze worden geïnstalleerd waar ze nodig zijn: bij of op de motor. Decentralisatie van de aandrijftechniek vindt vooral plaats in het kleine en middelgrote vermogensbereik en maakt een systeemontwerp mogelijk dat bestaat uit autonome productie-eilanden die hun processen grotendeels zelf regelen. Dit ontlast de besturingen op hogere niveaus en verlaagt de complexiteit van het systeem. Voor de gebruiker betekent dit een snellere ingebruikname en vereenvoudigde onderhouds- en reparatieprocessen. Met een modulair concept blijft hij bovendien te allen tijde flexibel, omdat de systeemarchitectuur op elk gewenst moment kan worden aangepast zonder grote structurele veranderingen. Dit betekent: lagere kosten en meer efficiëntie.
De voordelen van decentralisatie
Het decentrale automatiseringsconcept maakt de bouw van schakelkasten voordeliger en eenvoudiger. Als de frequentieomvormers direct in het veld worden geïnstalleerd, is er minder ruimte in de schakelkast nodig. Hierdoor kan deze kleiner zijn of in sommige gevallen zelfs volledig geëlimineerd worden. Omdat er geen frequentieomvormer als extra warmtebron in de schakelkast aanwezig is, is ook de behoefte aan koeling lager. Dit heeft dan weer een positief effect op de energiebalans.
Bovendien worden door de fysieke nabijheid van de motor en de frequentieomvormer de bedrading en bekabeling tussen de kast en de aandrijving in het veld tot een minimum beperkt. Een ander voordeel is dat decentrale oplossingen vaak plug-in-oplossingen zijn. Dit vereenvoudigt de installatie nog meer. Er zijn geen of slechts zeer korte kabels nodig, die dankzij de optimale EMC-eigenschappen van op een motor gemonteerde frequentieomvormer niet per definitie hoeven te worden afgeschermd. Bij een installatie dichtbij de motor kun je niet zonder afgeschermde kabels, maar deze kunnen zeer kort en daardoor goedkoop zijn. Doordat de frequentieomvormers direct op de motor of in de directe omgeving worden gemonteerd, is ingebruikname ook dichtbij de motor mogelijk. Omdat de aansluitingen voor de stroomvoorziening en het bussysteem doorgaans insteekbaar en doorgelust zijn, kan dit snel en eenvoudig gebeuren – in tegenstelling tot stervormige punt-tot-punt-bedrading in de schakelkast. Dit verlaagt de kosten.
Voordelen van decentrale frequentieomvormers:
- Schakelkast kan kleiner zijn
- Minimale bedradings- en bekabelingsinspanning
- Eenvoudig onderhoud
- Snelle ingebruikname door configuratie vooraf in de fabriek
- Wijzigingen en uitbreidingen in het systeemontwerp zijn op elk moment mogelijk
- Lagere ontwerpkosten van de installatie
- Vermindering van de complexiteit van de installatie
- Verhoging van de efficiëntie van het gehele aandrijvingssysteem
- Kan worden geïntegreerd in alle automatiseringsarchitecturen
Pionier van innovatieve omvormertechnologie
NORD DRIVESYSTEMS ontwikkelt en produceert al meer dan 40 jaar elektronische aandrijftechniek en is daarmee een van de pioniers van innovatieve omvormertechniek. Het portfolio omvat motorstarters, frequentieomvormers en decentrale aandrijfelektronica, zoals frequentieomvormers tot 22 kW en motorstarters tot 7,5 kW, evenals frequentieomvormers voor schakelkastinstallatie tot 160 kW. Het wordt vooral gekenmerkt door schaalbare functies, hoge regelkwaliteit en eenvoudige installatie en bediening. Het grote aantal vermogensklassen, montagemogelijkheden en communicatiemodules garandeert integratie in alle besturingsarchitecturen.
NORD produceert alle frequentieomvormers in een eigen fabriek in Aurich, Oost-Friesland (Nedersaksen, vlak over de grens bij Groningen). De geautomatiseerde en flexibele productiestructuur is technisch state-of-the-art en maakt uitvoering van elke ordergrootte mogelijk. Door de flexibele productie zijn ook kleine batches mogelijk. In 2022 verlieten 185.000 exemplaren de fabriek, en dat worden er steeds meer. Bovenal neemt de vraag naar klantspecifiek geconfigureerde aandrijfelektronica sterk toe. Om optimaal aan de groeiende vraag te voldoen, investeerde NORD vorig jaar 2,5 miljoen euro in de bedrijfslocatie en breidde het productieoppervlak uit naar 7.000 m2 en de productiecapaciteit naar 400.000 eenheden.
Frequentieomvormers van NORD: schaalbaar, krachtig, toekomstbestendig
Als schakelkastomvormer of als decentrale variant voor gebruik in het veld. Met de NORDAC-productenlijn biedt NORD DRIVESYSTEMS elektronische aandrijftechniek voor vrijwel elke toepassing. De consistente compatibiliteit van de gehele productenlijn zorgt voor vergelijkbare functionaliteiten, uniforme bediening en gemeenschappelijke opties voor alle NORD-frequentieomvormers. De apparaten zijn qua functies en uitrusting schaalbaar en daardoor flexibel aan elke toepassing aan te passen. Ze zijn snel te installeren, ongecompliceerd te bedienen en compatibel met alle in de handel verkrijgbare bussystemen en regelsystemen. Handige features zoals de PLC-functionaliteit voor aandrijfgerelateerde functies, een energiebesparende functie voor gedeeltelijke belasting, de POSICON-positioneringsbesturing, de geïntegreerde remchopper voor 4-kwadrantenbedrijf, functionele veiligheid met STO en SS1 en Profisafe voor bewegingsgerelateerde functionele veiligheidstaken garanderen sterke toepassingsvoordelen. De frequentieomvormers werken met open of gesloten lus en zijn ontworpen voor gebruik met asynchrone en synchrone motoren. De nauwkeurige stroomvectorregeling kan het optimale koppel opleveren in een breed scala van belastings- en snelheidssituaties. Bovendien kunnen ze talloze functies overnemen en zelfstandig aansturen, waardoor de motorreductor bijvoorbeeld hefwerkfuncties, positioneringstaken, procesbesturing, vliegende zagen en synchronisatie met andere motoren kan uitvoeren. Het modulaire principe maakt veel uitbreidingen en opties via plug-and-play toegankelijk. NORD biedt innovatieve oplossingen voor explosiegevaarlijke en hygiënische omgevingen en ATEX 3D.
NORD-frequentieomvormers beschikken over condition monitoring-oplossingen voor predictieve onderhoudssystemen en zijn goed uitgerust voor gebruik in IIoT en Industry 4.0. De geïntegreerde PLC kan de gegevens van aangesloten sensoren en actuatoren verwerken, sequentie-aansturingen inleiden en met andere systeemcomponenten communiceren. Door de periodieke of continue monitoring van de aandrijf- en statusgegevens kunnen ongewenste bedrijfstoestanden in een vroeg stadium worden geïdentificeerd en vermeden. Op deze manier kunnen ongeplande stilstanden aanzienlijk worden verminderd en neemt toestandsafhankelijk onderhoud (predictief onderhoud) de plaats in van tijdgerelateerd onderhoud. Machine- of systeemstilstand kan worden gepland.
Frequentieomvormers voor elke aandrijftaak
- Geïntegreerde PLC
- POSICON-positioneringsmodule
- Hefsysteemfunctie
- Remchopper en weerstand on-board
- Closed-loop-bedrijf met incrementele encoder en/of absolute waarde-encoder
- Functionele veiligheid
- Energiebesparingsfunctie bij gedeeltelijke belasting
- Ondersteuning van alle gangbare veldbus- en Ethernet-dialecten
- Bediening van synchrone en asynchrone motoren
- Beschermingsgraad IP55 / IP66
- Alle relevante internationale certificaten voor wereldwijd gebruik
Decentrale frequentieomvormers in combinatie met schakelkastomvormers
Schakelkastomvormer of decentrale frequentieomvormer? De vraag suggereert dat dit twee tegengestelde strategieën zijn die elkaar categorisch uitsluiten. Maar dat is geenszins het geval. Integendeel. Een combinatie van beide aandrijfconcepten is in veel gevallen een zinvolle en verstandige oplossing. Vulsystemen in de drankenindustrie zijn een goed voorbeeld van gemengde concepten waarbij schakelkasten en decentrale technieken naast elkaar bestaan. Overal waar direct met het product wordt gewerkt en aan de bijbehorende hygiënenormen moet worden voldaan, kan een schakelkastoplossing raadzaam zijn. Decentrale oplossingen zijn echter meestal de betere keuze voor de transportbanden tussen de afzonderlijke stations. Door het platformconcept kan NORD DRIVESYSTEMS voor deze vereisten passende aandrijfoplossingen met een combinatie van schakelkast en decentrale frequentieomvormers inzetten. Er zijn geen verschillen tussen de schakelkastomvormers en de decentrale apparaten in het veld, voor zover het om prestaties, communicatie, bediening en parametrering gaat.
