przetwornice częstotliwości

Jak działają przetwornice częstotliwości?

Potocznie zwane falownikami, przetwornice częstotliwości to bardzo pożyteczne urządzenia obecne niemal w każdym zakładzie przemysłowym i wykorzystywane głównie do płynnej regulacji prędkości obrotowej silników elektrycznych. Umożliwiają one racjonalne wykorzystanie energii elektrycznej zasilającej różne urządzenia oraz dobór odpowiedniej mocy stosownej do wykonywania w danym momencie, konkretnego zadania.

Zasada działania przetwornicy częstotliwości

Zasadę działania przetwornicy częstotliwości przedstawimy tutaj w dużym uproszczeniu, ponieważ specjalistom poruszany tu temat jest znany, natomiast dla zwykłych śmiertelników ważniejszy będzie opis zastosowań tego urządzenia i korzyści, jakie ono przynosi. Przetwornicę częstotliwości tworzą trzy podstawowe podzespoły:

  • prostownik,
  • filtr, czyli układ pośredni,
  • falownik, czyli układ końcowy.

Jedno lub trójfazowe napięcie zasilania prądem przemiennym podłączane jest na wejściu do prostownika. Na wyjściu prostownika wygenerowane zostaje napięcie stałe pulsacyjne (wyprostowane), które z kolei w filtrze zamieniane jest na prąd stały. Układ końcowy, czyli falownik generuje i kształtuje odpowiednią częstotliwość napięcia zasilania silnika. W efekcie na wyjściu przetwornicy częstotliwości otrzymujemy napięcie, które umożliwia sterowanie prędkością obrotową silników indukcyjnych. Jak informują nas specjaliści z wypożyczalni sprzętów i maszyn Ramirent, stosowanie owych urządzeń w bezpośrednim powiązaniu z pracą silnika elektrycznego m.in. umożliwia:

  • płynne dostosowywanie prędkości obrotowej silnika w zależności od aktualnych potrzeb technologicznych,
  • oszczędności energii,
  • elektroniczne zabezpieczenie silnika przed przegrzaniem,
  • zmianę obrotów silnika bez użycia styczników,
  • łagodny rozruch lub zatrzymanie silnika.

Rodzaje przetwornic częstotliwości i ich zastosowanie

Rozróżniamy dwa rodzaje przetwornic częstotliwości, a różnice między nimi wynikają z zastosowania innego algorytmu sterowania silnikiem:

  • przetwornice skalarne
  • przetwornice wektorowe.

Również tutaj zrezygnujemy z dokładnego opisywania technicznych szczegółów konstrukcji tych urządzeń. Wystarczy wiedzieć, że w sterowaniu skalarnym prędkość obrotowa silnika zależy od zadanej częstotliwości; inaczej mówiąc, jest ona regulowana częstotliwością. Natomiast sterowanie wektorowe umożliwia bardzo precyzyjne dobieranie interesującej nas prędkości. Istotną przewagę przetwornicom wektorowym nad ich skalarnymi odpowiednikami daje znacznie wyższy moment obrotowy przy niskich częstotliwościach. Główną wadą sterowania skalarnego jest spadek mocy wraz ze spadkiem częstotliwości oraz brak możliwości precyzyjnego sterowania prędkości mechanicznej silnika.

Przy swoich wadach skalarne przetwornice częstotliwości mają jednak także istotne zalety: niska cena, prostota konfiguracji i możliwość podłączenia do jednego urządzenia kilku silników. Steruje się nimi pracę pomp, wentylatorów, dmuchaw, sprężarek, taśmociągów oraz innych urządzeń, od których nie wymaga się bardzo dokładnych regulacji prędkości obrotowych.

Z kolei bardziej zaawansowane technicznie wektorowe przetwornice częstotliwości mogą być stosowane w urządzeniach, w których wymagana jest bardzo duża dokładność w regulowaniu obrotów i momentu obrotowego, np. przy synchronizacji pracy dwóch taśmociągów. Urządzenie to wymaga skomplikowanej konfiguracji i może sterować tylko jednym silnikiem. Standardowo jednak każda wektorowa przetwornica częstotliwości może pracować także w trybie skalarnym.