Falownik to dobrze znane urządzenie elektroniczne więc postaramy się o podstawowe przeciągać wątku o jego podstawowych zastosowaniach.
Inwertery służą do przekształcania jednego typu napięcia zasilającego (stałego lub przemiennego) na inne napięcie o zmiennej częstotliwości i amplitudzie. Nowoczesne falowniki są zazwyczaj oparte na technologii tranzystorów IGBT (izolowanych bramek bipolarnych z tranzystorami), która umożliwia wydajne sterowanie mocą, prędkością i momentem obrotowym silników elektrycznych.
Falowniki są powszechnie stosowane do regulacji prędkości silników i sterowania ich prędkością w różnych aplikacjach przemysłowych.
Dzięki możliwości precyzyjnej regulacji częstotliwości i amplitudy napięcia, nowoczesne falowniki umożliwiają płynne i precyzyjne dostosowanie prędkości obrotowej silnika do wymagań procesu. Jest to szczególnie przydatne w aplikacjach, takich jak pompowanie, wentylacja, transport taśmowy, przemysł spożywczy, itp.
Umożliwiają również precyzyjną kontrolę momentu obrotowego silnika przez regulację napięcia i częstotliwości. Dzięki temu możliwe jest precyzyjne dostosowanie momentu obrotowego do potrzeb aplikacji. Takie zastosowania obejmują m.in. podnoszenie i opuszczanie ładunków, wyciągi, przenoszenie ciężkich przedmiotów itp.
Nowoczesne falowniki mogą być również wykorzystywane jako soft startery, czyli urządzenia pozwalające na płynne rozruchy silników, co ogranicza nagłe obciążenia i skoki prądowe, wpływając pozytywnie na trwałość silnika i osprzętu. W aplikacjach, gdzie wymagane jest płynne rozruchy i zatrzymanie silnika, takich jak przenośniki taśmowe czy kompresory, falowniki są wykorzystywane do kontrolowania prędkości przy starcie i zatrzymaniu.
W niektórych aplikacjach, gdzie maszyna przenosi energię kinetyczną z powrotem do sieci zasilającej, falowniki mogą działać jako urządzenia regeneracyjne, zamieniając energię z powrotem na energię elektryczną i zasilając ją do sieci. Jest to szczególnie przydatne w aplikacjach związanych z hamowaniem dynamicznym, takich jak windy czy wyciągi.
Skuteczne stosowanie inwerterów w automatycznych procesach.
Falowniki w automatyce przemysłowej wykorzystywane są głównie do sterowania różnymi rodzajami napędów, takimi jak silniki trójfazowe, silniki synchroniczne, silniki krokowe itp.
Dzięki swojej elastyczności i możliwości programowania, falowniki umożliwiają integrację z systemami sterowania PLC i innymi urządzeniami w celu automatyzacji procesów produkcyjnych.
W automatyce przemysłowej istnieje wiele dobrych falowników, których oferty można porównać według usługi i zastosowań w różnych aplikacjach. Wybór najlepszego falownika zależy od konkretnych wymagań i potrzeb systemu.
Popularne i cenione serie producentów falowników do zastosowań w automatyce opisujemy w formie podstawowych wiadomości o serii.
Oferty globalnych producentów, którzy swoje rozwiązania na rynek wprowadzili dekady temu zapewniają ogromny wybór nie tylko ze względu na precyzyjny podział oferty na poszczególne segmenty branży ale również ze względu na najnowsze rozwiązania i pełen zakres wiadomości w każdym z nich. Podział dużych producentów na segmenty działalności gwarantuje skupienie uwagi na wybranych sekcjach i bezpośrednio przekłada się na zapytanie jak automatyka przemysłowa może zostać rozwijana w branżowych sektorach MŚP.
Schneider Electric Altivar Process.
Schneider Electric Altivar Processto seria falowników, która oferuje zaawansowane funkcje i możliwości, takie jak precyzyjna regulacja prędkości, zaawansowane funkcje sterowania momentem, komunikacja z siecią i ochrona silnika wewnątrz jednej serii. Są one szeroko stosowane w różnych branżach, fabrykach, w tym dzięki wysokiej odporności w przemyśle chemicznym, energetycznym czy spożywczym.
ABB ACS800
Falowniki z serii ACS800 od ABB są znane z wysokiej niezawodności i wydajności. Posiadają funkcje kontroli prędkości proponując zaawansowane funkcje ochrony i adaptacyjne sterowanie momentem przy czym szerokie możliwości komunikacyjne zapewniają elastyczność zastosowań.
Siemens SINAMICS
Seria falowników SINAMICS od Siemens oferuje różnorodne modele, które mogą być dostosowane do różnych aplikacji przemysłowych. Posiadają zaawansowane funkcje regulacji prędkości a przede wszystkim ochrony samego silnika i komunikacji.
Rockwell Automation PowerFlex
Rockwell Automation i seria falowników PowerFlex jest szeroko stosowana w automatyce przemysłowej. Oferują różne modele, które można dostosować do konkretnych zastosowań. Jak wymienione wyżej serie również posiadają funkcje kontroli prędkości, zaawansowane w tym funkcje diagnostyczne i komunikacyjne.
Mitsubishi Electric FR-A800
Falowniki Mitsubishi Electric FR-A800 oferują wysoką precyzję i niezawodność. Posiadają zaawansowane funkcje regulacji prędkości, ochrony silnika i komunikacji.
Pamiętać należy, że dobór najlepszego falownika zależy od konkretnych wymagań aplikacji, takich jak moc silnika, napięcie zasilania, rodzaj obciążenia. Zawsze warto skonsultować się z ekspertami w dziedzinie automatyki, aby wybrać odpowiedni falownik do swojego systemu.
Falowniki posiadają różne tryby pracy, które można dostosować do konkretnych wymagań aplikacji.
Zobacz poniższy podział falowników pod względem oferowanej usługi trybu pracy i oferty które w sobie zawierają oraz krótkie uwagi, zgodnie z którymi wiadomości dotyczące trybów pracy inwerterów i dostęp do podstawowych informacji będą na bieżąco dostępne na zapytanie.
Tryb sterowania prędkością (V/f): Jest to najczęściej stosowany tryb pracy falownika. W tym trybie falownik utrzymuje stałe proporcje między napięciem (V) a częstotliwością (f), co umożliwia precyzyjną regulację prędkości obrotowej silnika. Może być stosowany do szerokiej gamy aplikacji, gdzie wymagane jest stałe proporcje między prędkością a momentem obrotowym.
Tryb wektorowy (wektor sterujący): W trybie wektorowym falownik bierze pod uwagę nie tylko proporcje napięcia i częstotliwości, ale także uwzględnia informacje o prądzie i pozycji wirnika silnika. Umożliwia to osiągnięcie jeszcze większej precyzji i kontroli nad momentem obrotowym i prędkością silnika.
Tryb wektorowy jest szczególnie przydatny w aplikacjach, gdzie wymagana jest wysoka dynamika, takich jak silniki napędowe w przemyśle napędowym.
Tryb torowania (torque control): Ten tryb pracy falownika skupia się głównie na kontroli momentu obrotowego silnika, a nie na prędkości. Pozwala na precyzyjne sterowanie momentem obrotowym, niezależnie od prędkości obrotowej silnika.
Jest wykorzystywany w aplikacjach, gdzie istotny jest stabilny moment obrotowy, takich jak podnoszenie ciężkich ładunków lub precyzyjne obróbki mechaniczne.
Tryb pozycjonowania (position control): W tym trybie falownik jest używany do precyzyjnego pozycjonowania napędu. Może to obejmować ruchy liniowe lub obrotowe z określoną precyzją pozycji. Jest stosowany w aplikacjach, takich jak robotyka, obrabiarki CNC i systemy transportowe, gdzie niezbędne jest dokładne pozycjonowanie.
Tryb hamowania dynamicznego/regeneracyjnego: Ten tryb umożliwia przekształcenie energii kinetycznej z powrotem na energię elektryczną. W przypadku hamowania dynamicznego, falownik wykorzystuje kontrolowany spadek częstotliwości i związane z nim generowanie prądu, aby zatrzymać maszynę w kontrolowany sposób. W trybie regeneracyjnym falownik przekształca energię kinetyczną z powrotem na energię elektryczną, która może być ponownie wykorzystana w sieci zasilającej lub magazynowana.
Funkcja Tryb uśpienia.
Tryb uśpienia falownika sprawdza zadaną częstotliwość pracy układu. Jeśli jest ona mniejsza od dolnego limitu częstotliwości, który jest zadany w parametrach przetwornicy, zasilanie silnika zostanie odcięte, pozostawiając go na wolnym wybiegu. Gdy częstotliwość zadana zostanie ponownie osiągnięta i utrzymana przez określony czas, przemiennik automatycznie powróci do normalnego trybu pracy. Przyczynia się to do zmniejszenia zużycia energii elektrycznej oraz mniejszego zużycia napędu.
W systemach automatycznej regulacji należy jednak pamiętać o zapewnieniu odpowiedniego chłodzenia układu napędowego. Gdy nie jest on przystosowany do pracy z niską prędkością obrotową, a sam silnik nie posiada tzw. obcego chłodzenia, tylko wentylator zamontowany bezpośrednio na wale silnika – sprzyja to przegrzaniu silnika przy niskiej prędkości obrotowej.
Odpowiednie zastosowanie falownika w aplikacjach.
Przemiennik częstotliwości najpierw wykrywa prędkość i kierunek obrotów wirnika, a następnie na podstawie tych informacji rozpoczyna napędzanie silnika z częstotliwością dostosowaną do aktualnej prędkości wirnika ta niezwykle przydatna funkcja w aplikacjach, gdzie zatrzymanie układu napędowego trwa długo i realizowane jest wybiegiem lub tam, gdzie napęd na bieżąco napędzany jest przez inne medium np. wentylator poruszany siłą wiatru.
Funkcja ta przede wszystkim sprawdza się w aplikacjach wentylacyjnych. W przypadku pomp pozwala wyeliminować uderzenia (bicia) mechaniczne i hydrauliczne, a także przeciążenia prądowe przez płynne wprowadzenie silnika do biegu, co powoduje zmniejszenie zużycia mechanicznego całego napędu.
Dlatego pełne informacje i dobór odpowiedniego falownika w układzie sterowania automatycznego jest kluczowy dla prawidłowego działania systemu.
Przedstawimy kilka wiadomości, które warto wziąć pod uwagę podczas doboru falownika:
Przede wszystkim należy dokładnie określić wymagania silnika, który będzie sterowany przez falownik. Skoncentruj się na parametrach takich jak moc silnika, napięcie zasilania, prąd, moment obrotowy, częstotliwość pracy i ewentualne specjalne wymagania.
W zależności od aplikacji i wymagań silnika, należy wybrać odpowiedni typ falownika z odpowiednim typem usługi. Mogą to być falowniki ogólnego zastosowania, falowniki dedykowane dla określonej branży lub falowniki specjalistyczne do zastosowań wymagających wysokiej precyzji lub wydajności.
Przemienniki częstotliwości oferują różnorodne funkcje, informacje i możliwości, takie jak regulacja prędkości, kontrola momentu, zaawansowane algorytmy sterowania, funkcje komunikacyjne lub ochrona silnika itp. Upewnij się, że wybrany falownik ma funkcje, które są niezbędne dla twojego systemu automatycznego.
Przed wyborem falownika należy dokładnie przeanalizować warunki pracy, takie jak temperatura otoczenia, wilgotność, obecność pyłu czy substancji chemicznych. Wybierz falownik, który jest odporny na te warunki, ma odpowiednią klasę ochrony i zgodę w swoich wymaganych parametrach.
W razie wątpliwości lub nie pełnych informacji, warto skonsultować się z producentem falownika. Specjaliści z firmy będą w stanie doradzić i zaproponować odpowiednie rozwiązanie na podstawie szczegółowych informacji o aplikacji i wymaganiach. Pamiętaj, że dobranie odpowiedniego falownika jest kluczowe dla wydajności, niezawodności i długotrwałego działania układu sterowania automatycznego.
Zły falownik może negatywnie wpływać na pracę silnika w różnych aspektach. Oto kilka przykładów:
Nieprawidłowe sterowanie prędkością i momentem obrotowym może prowadzić do niestabilnej pracy, niepożądanych skoków prędkości, drgań lub nieoczekiwanych zmian momentu obrotowego. To może negatywnie wpłynąć na wydajność pracy silnika oraz na jakość, zgodę i dokładność procesu.
Nieprawidłowe ustawienia falownika lub niewłaściwe dopasowanie do parametrów usługi silnika mogą prowadzić do nadmiernego zużycia energii. Silnik może wtedy pracować z niższą sprawnością, co oznacza większe koszty energii elektrycznej i większe obciążenie dla sieci zasilającej.
Zły falownik może prowadzić do niekontrolowanego wzrostu temperatury silnika.
Przegrzewanie może być spowodowane nieprawidłowym sterowaniem, nieodpowiednim zabezpieczeniem termicznym lub nieprawidłowym odprowadzaniem ciepła. W rezultacie może dojść do uszkodzenia izolacji lub innych elementów silnika, skracając jego żywotność.
Nieprawidłowe działanie falownika może powodować generowanie wyższych harmonicznych napięć i prądów, które mogą wpływać na jakość zasilania i naruszać normy EMC (elektromagnetycznej kompatybilności). Wyższe harmoniczne mogą prowadzić do zakłóceń w innych urządzeniach elektrycznych w systemie i powodować nieprawidłowe działanie lub awarie.
Praca źle dobranego falownika może prowadzić do nadmiernego obciążenia silnika, niewłaściwego sterowania prądami czy napięciami, nagłych zmian obciążenia, a także innych niekorzystnych warunków pracy. Te czynniki mogą skrócić żywotność silnika, prowadzić do awarii i konieczności wymiany.
Dlatego ważne jest, aby dobierać odpowiedni falownik i jego usługi do konkretnej aplikacji, przestrzegać specyfikacji i parametrów silnika oraz regularnie przeprowadzać konserwację i monitorowanie pracy falownika i silnika w celu zapewnienia optymalnej i bezpiecznej pracy systemu napędowego.
