Coraz popularniejszym elementem układów napędowych są przemienniki (przetwornice) częstotliwości. Pozwalają one zoptymalizować pracę silnika elektrycznego poprzez zapewnienie jego łagodnego rozruchu oraz płynną regulację prędkości i momentu obrotowego za pomocą zmiany częstotliwości prądu zasilającego. Parametry te są precyzyjnie dostosowywane do bieżącego zapotrzebowania w trakcie pracy urządzenia. Dodatkowo, zebrane przez przemiennik dane na temat pracy całego układu pozwalają usprawnić cały proces technologiczny oraz szybko wykrywać i eliminować ewentualne awarie.
Jak działa przemiennik częstotliwości?
W budowie każdego przemiennika częstotliwości można wyróżnić cztery podstawowe elementy: prostownik AC/DC, obwód pośredniczący prądu stałego (DC), falownik DC/AC oraz sterownik, który nadzoruje i zarządza pracą całego układu.
Niezależnie od typu i parametrów przemiennika częstotliwości zasada jego działania jest zawsze taka sama. Wpływający ze źródła zasilania prąd zmienny (AC) jedno- lub trójfazowy o częstotliwości 50 Hz trafia do prostownika, który zamienia go na prąd stały (DC). Następnie, poprzez układ pośredniczący kierowany jest on do falownika, który wygładza jego przebieg i modyfikuje napięcie do zadanej wartości. Po obliczeniu aktualnego zapotrzebowania silnika elektrycznego falownik wytwarza prąd zmienny o określonych parametrach, który zasila urządzenie.
Małe i duże przemienniki częstotliwości – podobieństwa i różnice
Przemienniki częstotliwości mogą być stosowane zarówno do zasilania małych, prostych aplikacji typu napędy wentylatorów, pomp czy przenośników taśmowych, jak i dużych skomplikowanych instalacji przemysłowych. Pod względem topologii (schematu konstrukcyjnego) są one praktycznie identyczne. Różnice uwidaczniają się dopiero na poziomie dodatkowych funkcji i wyposażenia. Duże, przemysłowe przemienniki częstotliwości często są wyposażone w takie udogodnienia jak: filtry EMC (ograniczające napięcia zakłóceniowe o wysokiej częstotliwości), dławiki AC lub DC (zapewniające odpowiednią charakterystykę indukcyjności, dopasowaną do parametrów pracy falownika), czy pozwalające odzyskiwać energię moduły hamowania. Zazwyczaj mają też bardziej rozbudowane protokoły komunikacyjne i zaawansowane funkcje bezpieczeństwa, podtrzymania zasilania elektroniki, itp. Ich funkcjonalność obejmuje więc znacznie szerszy zakres.
Jak dobrać przemiennik częstotliwości?
Bardzo ważnym aspektem doboru przemiennika częstotliwości do konkretnego zastosowania jest charakterystyka aplikacji, w której wykorzystywany będzie silnik elektryczny – czy jest to pompa, wentylator, przenośnik, walcarka, kruszarka, itp. Każda z nich ma nieco inną charakterystykę, którą należy uwzględnić już na etapie projektowania układu napędowego. Pozwoli to ograniczyć do minimum ryzyko ewentualnych awarii i związanych z tym przestojów produkcji. Warto również postawić na sprawdzone, zgodne z obowiązującymi normami rozwiązania renomowanych producentów – w ofercie hurtowni Polimet są to m.in. urządzenia firm ABB i Schneider Electric.
Pierwszym pytaniem, na które trzeba odpowiedzieć dobierając przemiennik częstotliwości, jest rodzaj wykonywanej pracy – czy będą to obciążenia stało- czy zmiennomomentowe. Czy moment obrotowy silnika będzie stały, czy będzie się zmieniał w zależności od prędkości obrotowej wału silnika). Dla obciążeń zmiennomomentowych wskazana jest możliwość wygenerowania przez przemiennik przeciążenia na poziomie ok. 120% przez okres 60 sekund. Obciążenia stłomomentowe (np. młyny, mieszalniki, kruszarki) są bardziej wymagające - w ich przypadku wymagana wartość przeciążenia sięgać może nawet 160%.
Drugim w kolejności aspektem jest uwzględnienie parametrów samego silnika elektrycznego. Przemiennik dobieramy w oparciu o prąd znamionowy silnika lub jego moc pozorną (która musi zostać pobrana z sieci do aktywacji mocy czynnej - wykorzystywanej do wykonania pracy). Na tabliczce znamionowej należy sprawdzić prąd znamionowy silnika oraz jego napięcie zasilania. Zależnie od sposobu połączenia silnika (trójkąt lub gwiazda) dobieramy przemiennik jedno- lub trójfazowy.
Krok trzeci to odpowiedź na pytanie o poziom dynamiki układu – czy będzie ona wysoka, czy występować będą się częste kontrolowane hamowania silnika oraz zmiany prędkości przy dużym obciążeniu. W takich przypadkach wskazany jest przemiennik częstotliwości wyposażony w opcję regeneracji, czyli zwrotu energii elektrycznej z powrotem do sieci oraz opcjonalny układ wspomagający hamowanie.
Dla prawidłowej pracy układu wykorzystującego przemiennik częstotliwości ważne są takie czynniki jak: miejsce instalacji oraz warunki środowiskowe (temperatura, wilgotność, zapylenie). Pod tym kątem dobiera się m.in. klasę szczelności obudowy zgodną z normami IP, czy dodatkowe filtry przeciwzakłóceniowe EMC oraz dławiki DC. Codzienną eksploatację znacząco usprawnia też dodatkowe wyposażenie, np. dodatkowe wejścia i wyjścia, awaryjne zasilanie, czy karty rozszerzeń i komunikacyjne.
