Czym jest falownik i jakie ma zastosowanie w automatyce przemysłowej?

Falownik jest urządzeniem, którego rola to zamiana prądu stałego w prąd zmienny z regulowaną wartością napięcia i częstotliwości. Falowniki można podzielić najprościej na falowniki jednofazowe, trójfazowe, skalarne oraz wektorowe. Właściwość przemienną falownika możemy wykorzystać do napędzania różnego rodzaju silników elektrycznych. Działanie falownika przez regulację częstotliwości napięcia wychodzącego umożliwia kontrolę momentu obrotowego - silnik działa płynniej, a do swojej pracy zużywa tym samym mniej energii. Czasem pojęcie falownika i przemiennika częstotliwości stosujemy zamiennie, co nie jest do końca właściwe. Przemiennik częstotliwości ma za zadanie zmianę prądu przemiennego w prąd stały - a więc jego działanie jest odwrotne do działania falownika.

Jak działa falownik?

Falownik znajduje najczęściej zastosowanie w regulacji prędkości obrotowej silników prądu przemiennego, przez równoczesną zmianę wartości napięcia i częstotliwości. Każdy falownik składa się z następujących elementów:

- prostownika podłączonego do fazy zasilającej,

- układu pośredniego,

- falownika prądowego lub napięciowego,

- układ sterowania i zabezpieczenia, który kontroluje przebieg pracy falownika.

Działanie falowników np. takich jak w ofercie Automatyka-sklep.eu zdaje się być dosyć proste - do prostownika dociera napięcie przemienne pochodzące z jednej fazy lub z trzech faz o częstotliwości 50 Hz. Następnie falownik modyfikuje napięcie i nadaje mu częstotliwość ustaloną przez operatora urządzenia. To z kolei powoduje zwiększenie lub zmniejszenie prędkości obrotowej silnika, do którego jest podłączony, przy zachowaniu stałego momentu obrotowego.

Zastosowanie falowników w automatyce przemysłowej

Falowniki marki Siemens (zob. https://automatyka-sklep.eu/falowniki/falowniki-siemens) znajdują bardzo szeroki zakres zastosowań. Są stosowane w urządzeniach domowych- jak chociażby pralki czy wentylatory, ale są także wykorzystywane w samochodach elektrycznych (sterują silnikiem asynchronicznym), w tramwajach (przekształcają prąd stały trakcji w prąd zmienny sterujący silnikiem asynchronicznym napędzającym tramwaj), w fotowoltaice (falowniki to serce układu solarnego zasilania budynku), etc.

Falowniki solarne działają trochę inaczej niż inne ich odpowiedniki. Przekształcają one napięcie stałe w napięcie zmienne odpowiadające danemu zasilanemu budynkowi.

Falowniki a przemienniki częstotliwości

Czy falownik i przemiennik to to samo? Wspomnieliśmy już, że oczywiście nie. Przemiennik częstotliwości to urządzenie, które zmienia częstotliwość i napięcie prądu przemiennego w celu regulacji prędkości obrotowej i momentu obrotowego silnika indukcyjnego napędzającego maszynę. Przemiennik częstotliwości składa się z:

- prostownika- generuje on napięcie stałe na podstawie trzech faz napięcia zmiennego niezbędne do dalszej pracy całego urządzenia,

- układu pośredniego - wygładza napięcie i przekazuje je do falownika,

- falownika - zamienia napięcie stałe w regulowane napięcie zmienne o regulowanej częstotliwości,

- układu sterowania - pozwala ono sterować przemiennikiem operatorowi, a także realizuje obliczenia logiczne i matematyczne,

- układu zabezpieczającego - chroni przemiennik, sieć i silnik przed przeciążeniami, skokami napięcia oraz przebiciami.

Choć przemienniki są urządzeniami bardziej skomplikowanymi niż falowniki, mają one mniejszy zakres zastosowań- są one wykorzystywane w zasadzie jedynie do sterowania silnikami elektrycznymi prądu zmiennego. Przemienniki regulują prędkość obrotową silników asynchronicznych i synchronicznych.

Jakie zalety ma stosowanie przemienników częstotliwości? Otóż pierwsza z nich to oszczędność energii poprzez doboru odpowiedniej prędkości silnika zgodnie z potrzebami procesu. Ma to zastosowanie zwłaszcza w tych urządzeniach, gdzie zużycie energii jest proporcjonalne do sześcianu prędkości. Inne zalety przemienników to płynna praca maszyny, zmniejszenie kosztów eksploatacji oraz optymalizacja całego procesu.

Falownik nie jest więc tym samym co przemiennik - wręcz jest jedynie jego częścią, jego sercem. Funkcjonalność falownika jest kluczowa dla działania przemiennika częstotliwości. Rozpowszechnienie w Polsce, przetwornic częstotliwości szczególnie w przemyśle, spowodowało uproszczenie nazwy do określenia falownik.