falownik napięcia

Falownik napięcia — najważniejsze informacje

Falownik napięcia ma za zadanie zamianę prądu stałego na prąd przemienny, umożliwiając przy tym regulowanie częstotliwości napięcia wyjściowego. Dziś użytkowane są w praktycznie każdym zakładzie przemysłowym. Zasilają one na przykład przenośniki, windy czy wózki, dzięki czemu mogą zmienić prędkości przejazdowe napędzanych układów, optymalizują wydajności produkcyjną, a także redukują koszty zużycia energii.           

Zalety falownika napięcia

Pomysłodawcą terminu falownika był prawdopodobnie David Prince, który w wydanym w 1925 roku artykule opisał zasady działania takiego urządzenia. Pierwotnie termin był używany do określenia odwrotnego działania prostownika.

Dziś falownik napięcia znajduje się w wielu zakładach przemysłowych i nazywany jest często jako przemiennik częstotliwości. Umożliwia on rozruch oraz regulowanie prędkości obrotowej w silnikach elektrycznych.

Główne zalety falownika napięcia to między innymi:

  • odcięcie negatywnych aspektów zasilania bezpośrednio z sieci;
  • możliwość bezstopniowej regulacji prędkości obrotowej;
  • brak ograniczeń ilości załączeń silnika;
  • ciągła kompensacja poślizgu;
  • brak możliwości utyku silnika;
  • energooszczędność oraz efektywność.

Budowa falownika napięcia

Falownik składa się w uproszczeniu z prostownika układu pośredniczącego, układu czopera hamującego i stopnia końcowego. Prostownik to układ przygotowania napięcia zasilania. Napięcie zarówno jednofazowe, jak i trójfazowe jest prostowane w tym układzie i na jego wyjściu pojawia się napięcie stałe pulsacyjne 1.35 wartości skutecznej napięcia międzyfazowego sieci.

Drugi element – układ pośredniczący, spełnia podwójną funkcję. Wygładza napięcie pulsacyjne oraz magazynuje energię elektryczną w polu elektrycznym za pomocą kondensatorów.

Układ czopera hamującego szczególnie potrzebny się w sytuacji, kiedy niezbędne jest szybkie zatrzymanie dużego obciążenia silnika, lub gdy zatrzymanie musi być wysoce dynamiczne. W trakcie operacji hamowania silnik przechodzi w pracę rekuperacyjną, czyli staje się generatorem, który oddaje energię do przetwornicy. Energia ta ładuje nasz układ pośredniczący, składający się z kondensatora lub grupy kondensatorów, których pojemność jest skończona.

Po przekroczeniu granicy napięcia czoper rozładowuje niebezpieczną dla działania falownika nadwyżkę energii w obwodzie RC, gdzie R to rezystor hamowania często oznaczany jako BW (z niem. Bremswiderstand). Ostatni element to stopień końcowy, inaczej stopień mocy. To tak naprawdę falownik właściwy generujący falę prostokątną o regulowanym wypełnieniu, która wprawia nasz silnik w ruch.

Jak dzielimy falowniki napięcia?

Rodzaje falowników napięcia wygląda następująco:

  • Falowniki mostkowe.
  • Falowniki serii.
  • Falowniki równoległe.

Falowniki napięcia można też podzielić z uwagi na metody sterowania. Wyróżniamy dwa typy metody. Pierwszym z nich są sterowniki skalarne. Mają one charakterystykę liniową, wykorzystywaną np. przy taśmociągach czy podnośnikach, lub charakterystykę kwadratową gdzie zastosowanie mają przy użytkowaniu wentylatorów czy pom odśrodkowych.

Drugi typ to sterowniki wektorowe. Są one użytkowanie w takich systemach jak DTC (z ang. Dynamic Traction Control), czyli w systemach kontroli trakcji.

Falowniki skalarne znajdują zastososwanie w systemach napędowych zmienno-momentowych. Są wyjątkowo ekonomiczne, a ich działanie polega na dostarczeniu do silnika jak najmniejszej możliwej do uzyskania energii, nie dopuszczając przy tym do obniżenia się częstotliwości wyjściowej poniżej wartości zadanej na początku.

Drugi typ, czyli falowniki wektorowe najczęściej wykorzystuje się w systemach napędowych stało-momentowych. Jest w nich regulowany moment obrotowy, stosowany do wymagań stawianych przez maszynę oraz jej zastosowanie. Taki falownik napięcia działa optymalnie przy niskich prędkościach obrotowych maszyny.