Wiadomości –

Falownik lub inwerter do silników elektrycznych - co to, jaka jest zasada działania oraz jak sterować nim silnikiem

Falownik, zwany również inwerterem, to urządzenie, które służy przede wszystkim do konwersji prądu stałego w prąd zmienny. Pośrednio rola falownika polega również na zmianie napięcia oraz częstotliwości prądu przemiennego, dzięki czemu można sterować prędkością obrotową silnika indukcyjnego.

Zakrzów, 2025-03-14

Jak działa falownik? Do czego jest on wykorzystywany?

Falownik to urządzenie, które jest powszechnie wykorzystywane w różnych gałęziach przemysłu. Używa się go np. w instalacjach fotowoltaiki, w których prąd pochodzący z paneli DC jest konwertowany do prądu AC - a więc takiego, którym można zasilić większość odbiorników w gospodarstwie domowym. Oczywiście w trakcie konwersji przekształcana jest też wartość napięcia fotowoltaicznego, które na wyjściu osiąga 230 V.

Falownik fotowoltaiczny to jeden z wielu przykładów urządzeń powszechnie wykorzystywanych w branży energetycznej. Niemniej specyficzna zasada działania tego komponentu, pozwala go również wykorzystywać do zasilania:

• taśm produkcyjnych,
• pomp,
• maszyn przemysłowych,
• instalacji układu wentylacji,
• bram automatycznych itd.

Mówiąc wprost - możliwość konwersji częstotliwości oraz napięcia wyjściowego sprawia, że zastosowanie falowników (inwerterów) nie ogranicza się wyłącznie do instalacji fotowoltaicznej, lecz rozszerza się do wielu innych zastosowań, głównie o charakterze przemysłowym.

Dobór i budowa falownika do sterowania silnika

Dobór odpowiedniego falownika wykorzystywanego do sterowania silnikiem indukcyjnym wcale nie jest prosty. Zanim połączymy całość w jeden, sprawnie działający moduł, konieczne jest zapoznanie się z wszystkimi najważniejszymi parametrami silnika, w tym:

• napięciu zasilającym - nie zawsze musi być to napięcie sieciowe,
• mocą silnika - warto przy doborze układu zadbać o pewną nadwyżkę mocy,
• prądzie pobieranym przez silnik,
• typie połączenia silnika (gwiazda lub trójkąt),
• częstotliwość pracy - standardem jest 50 Hz, to częstotliwość prądu przemiennego w sieci.

Przy wyborze falownika warto również zwrócić uwagę na sposób komunikacji modułu z systemem sterowania. Połączenie to jest niezbędne, aby nie tylko sterować silnikiem, ale też diagnozować jego stan na podstawie sposobu jego pracy. Urządzenia nadrzędne, takie jak np. sterowniki PLC, panele HML, a także systemy SCADA, pozwalają również na bieżąco wprowadzać ewentualne korekty do pracy silnika, tak aby dobrać jego aktualne parametry do indywidualnych potrzeb użytkownika.

Na koniec, przy wyborze falownika, warto również zwrócić uwagę na rodzaj wejścia i wyjścia modułu. Mamy tu do czynienia z połączeniami dyskretnymi oraz analogowymi. Dzięki nim można np. uruchamiać i wyłączać silnik, a także monitorować jego pracę i sterować częstotliwością wyjściową falownika, od której zależy prędkość obrotowa. Za pomocą złącz dyskretnych (pomocniczych) można również zliczać impulsy (np. enkodery), a także określać, w jaki sposób aplikacja ma zostać zatrzymana.

Falowniki elektryczne na prąd jednofazowy i trójfazowy

Wyróżniamy dwa rodzaje falowników: urządzenia trójfazowe oraz jednofazowe. Czym się one różnią od siebie?

• Falowniki jednofazowe o regulowanej częstotliwości zasilania to urządzenia, które zazwyczaj wykorzystywane są do zasilania odbiorników o mocy do 2,2 kW. Na ich wyjściu uzyskujemy napięcie 3x230 V.
• Falowniki trójfazowe - to urządzenia, które przeznaczone są do pracy z większymi aplikacjami o mocy od 0,7 do nawet 500 kW. Na ich wyjściu uzyskujemy napięcie 3x400 V.

Nowoczesne falowniki trójfazowe oferują wiele ciekawych funkcji - pracę w trybie skalarnym oraz wektorowym, a także możliwość wykorzystania regulatora PID. Dodatkowo wyposaża się je w port komunikacyjny RS-485, a często również w CANOpen.

Instalacja inwertera skalarnego oraz wektorowego do zasilania silnika elektrycznego - czym się one różnią?

Falownik skalarny wykorzystywany jest w instalacjach, w których nie ma potrzeby, aby sterowanie silnikiem było bardzo precyzyjne. Sprawdza się on również do zasilania urządzeń, w których nie występuje tzw. ciężki rozruch. Podstawową cechą, jaką wyróżnia się wybrany falownik skalarny, jest to, że pracuje w oparciu o stały stosunek napięcia do częstotliwości na wale silnika.

W falownikach sterowania wektorowego (falownik wektorowy), wyróżniamy urządzenia bezczujnikowe, a także sterowanie ze sprzężeniem zwrotnym. W przypadku urządzeń bezczujnikowych prędkość obrotowa na wyjściu obliczana jest na podstawie modelu matematycznego silnika. Z kolei w przypadku falowników pracujących w pętli zamkniętej, przekształcenie prądu odbywa się na podstawie aktualnego pomiaru prędkości. Dzięki temu falownik ze sterowaniem wektorowym może utrzymać stałą wartość momentu obrotowego w pełnym zakresie regulacji prędkości obrotowej.

Niezależnie od rodzaju falownika, jego działanie polega na zamianie prądu przemiennego w prąd o napięciu stałym ,a następnie ponownie ponownie w prąd przemienny.

Reasumując, efektywność i wydajność systemu zależą od doboru właściwego falownika. Do wyboru mamy urządzenia jednofazowe i trójfazowe, a także sterowane skalarnie i wektorowo. Dobór każdego falownika powinien być właściwie przemyślany, zarówno pod kątem parametrów, dostępnych złącz, a także trybu pracy.