4 rodzaje falowników, które każdy automatyk znać powinien

Co to jest falownik, a co to jest przemiennik częstotliwości?

Falownik to urządzenie, które zmienia prąd stały na prąd zmienny z regulowaną wartością napięcia oraz częstotliwości.

Przemiennik częstotliwości to urządzenie , które zmienia częstotliwość i napięcie prądu przemiennego w celu regulacji prędkości obrotowej i momentu obrotowego silnika indukcyjnego napędzającego maszynę.
W zależności od sposobu sterowania, niektóre przemienniki mogą obsługiwać kilka silników jednocześnie.

Niemniej jednak, na rynku automatyki, przemienniki częstotliwości potocznie nazywane są  falownikami, stąd w niniejszym artykule będziemy posługiwali się tymi nazwami zamiennie.

Przemienniki częstotliwości są elementem niezbędnym przy napędzie maszyny, która ma pracować z precyzyjnie określonymi parametrami. Wybierając przemiennik do konkretnego zastosowania, warto poznać ich rodzaje dostępne na rynku.

Jakie są rodzaje falowników?

1. Falownik do silnika trójfazowego

Wśród przemienników częstotliwości do silników trójfazowych, wyróżniamy przemienniki zasilane jednofazowo i trójfazowo.

Co to jest falownik 1-fazowy?

Falownik jednofazowy zasilany jest z jednej fazy 230 VAC, natomiast na wyjściu ma 3 fazy o napięciu międzyfazowym 230 V. Stosowany jest w aplikacjach wykorzystujących małe silniki do 2.2 kW, o napięciu znamionowym 230 V.

Co to jest falownik 3-fazowy?

Falownik trójfazowy zasilany jest z trzech faz 3×400 VAC. Na wyjściu falownika również są trzy fazy o napięciu międzyfazowym 400 V. Przemienniki częstotliwości do silników trójfazowych mają możliwość pracy w większych aplikacjach, mogą pracować w zakresie mocy wyjściowej zazwyczaj od 0.7 kW nawet do 500 kW. Są bardziej rozpowszechnione na rynku niż falowniki do silników jednofazowych, dzięki czemu zostały wyposażone w szereg funkcji.

Bazując na przykładzie modeli Astraada DRV, falowniki do silników trójfazowych najczęściej zawierają: możliwość sterowania skalarnego/wektorowego, funkcje wentylatorowo-pompowe i regulator PID. Posiadają port komunikacyjny RS-485 z obsługą protokołu Modbus RTU, wejścia oraz wyjścia analogowe i dyskretne, panel sterowania LED, filtr EMC, wejście bezpieczeństwa STO oraz automatyczną regulację napięcia AVR.

2. Falownik do silnika jednofazowego

Falowniki do silników jednofazowych przeważnie zasilane są z jednej fazy. Wykorzystywane do zasilania silników asynchronicznych jednofazowych, czyli takich, które posiadają jedno uzwojenie główne, jedno pomocnicze oraz kondensator przesuwający fazę. Są stosowane w urządzeniach takich jak  pompy i wentylatory o mocy do 1.1 kW – nie są zalecane do stosowania w wymagających aplikacjach.

Bardzo ważne jest rozróżnienie przemienników do silników jednofazowych od  przemienników zasilanych jednofazowo. Przemienniki do silników jednofazowych na wyjściu mają jedną fazę, natomiast przemienniki zasilane jednofazowo – trzy fazy. W automatyce znacznie częściej stosuje się przemienniki do silników trójfazowych. 

3. Falownik skalarny

Co to jest falownik skalarny?

Falownik ze sterowaniem skalarnym (z algorytmem U/f) jest stosowany w prostych aplikacjach, gdzie nie jest wymagana dokładna regulacja prędkości obrotowej oraz nie ma „ciężkiego rozruchu”, czyli obciążenie od startu nie ma dużej bezwładności. Jego działanie opiera się na utrzymywaniu stałego stosunku  U/f, czyli częstotliwości i napięcia skutecznego zasilającego silnik. Stosowany jest głównie w urządzeniach takich jak wentylatory i pompy.

Sterowanie skalarne można wykorzystać w aplikacjach wielosilnikowych, czyli takich, w których do jednego przemiennika podłączono kilka silników.

4. Falownik wektorowy

Co to jest falownik wektorowy?

Falowniki ze sterowaniem wektorowym dzielą się na sterowane bezczujnikowe i ze sprzężeniem zwrotnym.

W sterowaniu bezczujnikowym prędkość obrotowa obliczana jest na podstawie modelu matematycznego silnika elektrycznego, bez użycia dodatkowego czujnika. W ofercie produktowej ASTOR dostępne są falowniki wektorowe bezczujnikowe.

W przypadku przemienników ze sprzężeniem zwrotnym, sterowanie odbywa się na podstawie pomiaru aktualnej wartości prędkości mierzonej przez enkoder inkrementalny zamontowany na wale silnika.

Przemiennik ze sterowaniem wektorowym jest w stanie utrzymywać stałą wartość momentu obrotowego silnika w całym zakresie regulacji prędkości obrotowej, już od częstotliwości zasilania 0.5 Hz.  W tym przypadku przemiennik ma możliwość sterowania tylko jednym silnikiem naraz. Oddzielnie steruje momentem i strumieniem uzwojenia, dzięki czemu możliwa jest tak duża skuteczność działania.

Co ważne, każdy przemiennik ze sterowaniem wektorowym może pracować w trybie skalarnym i jest to zazwyczaj domyślny tryb sterowania.

Przemiennik pracujący w trybie wektorowym wymaga dokładnego wprowadzenia parametrów silnika oraz wykonania autokonfiguracji. Dzięki temu falownik wykona pomiary pozostałych wartości elektrycznych, których nie znajdziemy na tabliczce znamionowej silnika, co pozwoli utrzymać stałą wartość momentu obrotowego.