OZE

Co to jest falownik? Wszystko o falownikach i ich działaniu

Autor Nina Błaszczyk
Nina Błaszczyk15.09.20238 min.
 Co to jest falownik? Wszystko o falownikach i ich działaniu

Falowniki odgrywają coraz większą rolę w nowoczesnych systemach elektrycznych, zarówno w przemyśle, jak i w domowych instalacjach. Dzięki nim można regulować prędkość silników elektrycznych oraz poprawić jakość zasilania. Jak działają falowniki i jakie są ich główne zastosowania? W tym artykule wyjaśnimy, czym jest falownik, jakie są jego rodzaje i zalety stosowania.

Czym jest falownik i do czego służy?

Falownik (inwerter) to urządzenie elektroniczne służące do konwersji napięcia stałego (DC) na napięcie przemienne (AC) o zmiennej częstotliwości i amplitudzie. Innymi słowy, falownik pozwala na płynną regulację prędkości obrotowej silników elektrycznych zasilanych napięciem stałym, np. z akumulatora lub paneli fotowoltaicznych. Dzięki zmianie częstotliwości wyjściowej, można precyzyjnie sterować prędkością wirowania wału silnika.

Podstawowe zastosowania falowników to:

  • Regulacja obrotów silników elektrycznych (falowniki napędowe)
  • Zasilanie urządzeń AC z źródeł DC (falowniki sieciowe)
  • Poprawa jakości energii elektrycznej (falowniki zasilające)

W układach z falownikami wykorzystuje się najczęściej silniki indukcyjne, synchroniczne lub reluktancyjne. Falowniki stosuje się wszędzie tam, gdzie potrzebna jest regulacja prędkości obrotowej: w pompach, wentylatorach, dźwigach, taśmociągach, obrabiarkach CNC i w wielu innych maszynach przemysłowych. Coraz częściej montuje się je także w instalacjach fotowoltaicznych, pompach ciepła oraz w systemach grzewczych i klimatyzacyjnych budynków.

Jak działa falownik? Wyjaśnienie zasady pracy

Falownik składa się z następujących podstawowych elementów:

  • Prostownik - zamienia napięcie przemienne (AC) na stałe (DC).
  • Filtr - redukuje tętnienia napięcia stałego.
  • Falownik - przetwarza napięcie stałe na przemienne o regulowanej częstotliwości i amplitudzie.
  • Układ sterujący - odpowiada za regulację parametrów wyjściowych.

Napięcie stałe z prostownika jest przekształcane na przemienne za pomocą tranzystorów IGBT lub MOSFET. Układ sterujący bardzo szybko je otwiera i zamyka, tworząc na wyjściu sygnał zbliżony do sinusoidy. Im wyższa częstotliwość przełączeń tym lepsza jakość napięcia wyjściowego. Nowoczesne falowniki potrafią generować napięcie o częstotliwości nawet kilkudziesięciu kHz.

Sterownik pozwala na płynną regulację parametrów wyjściowych, takich jak: częstotliwość, napięcie i prąd, w zależności od potrzeb obsługiwanego urządzenia lub procesu technologicznego. Dzięki sprzężeniu zwrotnemu układ dokładnie kontroluje obciążenie.

Główne zastosowania falowników w przemyśle i domu

Oto najważniejsze obszary, w których wykorzystuje się falowniki:

  • Napędy elektryczne - płynna regulacja obrotów silników w maszynach i urządzeniach, oszczędność energii.
  • Odnawialne źródła energii - współpraca z turbinami wiatrowymi, panelami fotowoltaicznymi.
  • Pompy, wentylatory, sprężarki - dostosowanie wydajności do chwilowego zapotrzebowania.
  • Windy i dźwigi - precyzyjne sterowanie prędkością, komfort i bezpieczeństwo.
  • Maszyny CNC i roboty - płynna regulacja posuwu narzędzi.
  • Trakcyjne silniki kolejowe - lepsza kontrola rozruchu i hamowania.
  • Oświetlenie LED - redukcja migotania i optymalizacja jasności.
  • Klimatyzacja - dopasowanie wydajności urządzeń do potrzeb.

W układach jednofazowych często stosuje się falowniki napięcia o mocy od kilkuset watów do kilku kilowatów. Natomiast w przemysłowych układach trójfazowych moc falowników sięga setek kilowatów, a nawet megawatów.

Jakie są rodzaje falowników? Podział ze względu na zastosowanie

 Co to jest falownik? Wszystko o falownikach i ich działaniu

Falowniki dzielimy na kilka podstawowych typów:

  • Falowniki napięcia (VSI) - wytwarzają napięcie o regulowanej częstotliwości i amplitudzie. Stosuje się je głównie do zasilania silników indukcyjnych.
  • Falowniki prądu (CSI) - sterują wartością i częstotliwością prądu wyjściowego. Służą do regulacji prędkości silników synchronicznych.
  • Falowniki rezonansowe - pracują z wysoką częstotliwością przełączeń rzędu kHz. Cechują się wysoką sprawnością.
  • Falowniki fuzyjne i neuronowe - wykorzystują sieci neuronowe do precyzyjnej kontroli procesów. Adaptują się do zmian obciążenia.

Falowniki dzielimy również ze względu na rodzaj obciążenia na:

  • Falowniki sieciowe - podłączane bezpośrednio do sieci energetycznej.
  • Falowniki napędowe - sterujące pracą silników indukcyjnych.
  • Falowniki pomp i wentylatorów.
  • Falowniki dźwigowe i trakcyjne.

Jak dobrać moc i typ falownika? Porady eksperta

Aby poprawnie dobrać falownik, należy wziąć pod uwagę kilka kluczowych czynników:

  • Sprawdzić moc znamionową podłączanego silnika lub urządzenia. Moc falownika powinna być o 10-20% większa.
  • Określić napięcie zasilania i ilość faz (1-fazowe, 3-fazowe).
  • Upewnić się, że falownik współpracuje z danym typem silnika - indukcyjnym, synchronicznym itp.
  • Wybrać dodatkowe funkcje falownika - hamowanie, PID, autodiagnostyka, łagodny rozruch.
  • Sprawdzić dopuszczalny zakres temperatur pracy.
  • Zwrócić uwagę na jakość, markę producenta oraz warunki serwisu.

Warto zasięgnąć porady eksperta, który dobierze optymalny falownik z uwzględnieniem specyfiki danego procesu technologicznego i wymagań urządzenia.

Jak podłączyć falownik? Instrukcja krok po kroku

Oto podstawowe kroki podłączania falownika:

  1. Sprawdzić dane znamionowe falownika i silnika - moc, napięcie, prąd.
  2. Podłączyć falownik do zasilania - wyjścia sieciowe lub źródło napięcia stałego.
  3. Podłączyć silnik do wyjść falownika odpowiednio uwzględniając kolejność faz.
  4. Wykonać uziemienie zgodnie z instrukcją.
  5. Podłączyć urządzenia sterujące i kontrolne.
  6. Skonfigurować parametry falownika (napięcie, częstotliwość, prąd itp.).
  7. Wykonać testy i uruchomienie próbne silnika.
  8. Monitorować pracę i w razie potrzeby korygować parametry.

Podłączenie falownika wymaga dużej ostrożności i dokładnego trzymania się instrukcji producenta. Należy też przestrzegać zasad BHP przy pracy z urządzeniami elektrycznymi.

Jakie są zalety stosowania falowników? Korzyści i oszczędności

Zastosowanie falowników przynosi szereg korzyści:

  • Precyzyjna, płynna regulacja prędkości obrotowej silników.
  • Możliwość dostosowania parametrów do chwilowego zapotrzebowania procesu.
  • Optymalizacja poboru prądu, redukcja kosztów energii elektrycznej.
  • Łagodny rozruch i wyhamowanie - mniejsze obciążenie mechaniczne.
  • Zwiększenie żywotności silników i maszyn.
  • Szybka kontrola i diagnostyka układu.
  • Lepsza jakość energii elektrycznej.
  • Możliwość pracy w układzie zamkniętym z enkoderem.

Dzięki zastosowaniu falowników wiele procesów produkcyjnych i technologicznych może przebiegać wydajniej i oszczędniej. Szacuje się, że stosując regulację prędkości obrotowej za pomocą falowników, można zaoszczędzić nawet 30-70% energii elektrycznej.

Jakie są wady i ograniczenia falowników? Możliwe problemy

Mimo wielu zalet, falowniki mają też pewne wady i ograniczenia:

  • Wysoki koszt zakupu i montażu.
  • Skomplikowana budowa elektroniczna - podatność na uszkodzenia.
  • Możliwość wystąpienia zakłóceń elektromagnetycznych.
  • Konieczność stosowania filtrów i dławików.
  • Ograniczona moc przy zasilaniu 1-fazowym.
  • Wymagany specjalny typ silnika przystosowany do pracy z falownikiem.
  • Nie nadają się do zastosowań wymagających stałej dokładnej prędkości.

Aby uniknąć problemów, falownik musi być poprawnie dobrany do danego zastosowania. Ważne jest, aby postępować zgodnie z zaleceniami producenta i powierzać montaż oraz konserwację wykwalifikowanemu personelowi.

Podsumowanie

Falowniki są niezwykle przydatnymi urządzeniami elektronicznymi, które znalazły szerokie zastosowanie zarówno w przemyśle jak i w domowych instalacjach. Ich główną zaletą jest możliwość płynnej regulacji prędkości obrotowej silników elektrycznych zasilanych napięciem stałym. Dzięki temu można zoptymalizować wydajność wielu procesów technologicznych i znacząco obniżyć zużycie energii elektrycznej. Montaż falowników wymaga wprawdzie specjalistycznej wiedzy, ale zapewnia szereg korzyści w zastosowaniach takich jak napędy, OZE, windy czy wentylacja. Przy poprawnym doborze i konserwacji, falowniki gwarantują niezawodną pracę urządzeń przez długie lata.

Najczęstsze pytania

Potocznie używa się tych pojęć zamiennie. Jednak falownik jest pojęciem szerszym - oznacza urządzenie zmieniające napięcie stałe (DC) na przemienne (AC). Natomiast przemiennik częstotliwości to falownik przeznaczony konkretnie do regulacji obrotów silnika elektrycznego poprzez zmianę częstotliwości napięcia zasilającego.

Należy wykonać oględziny zewnętrzne, a następnie za pomocą miernika elektrycznego sprawdzić podstawowe parametry: napięcia, prądy, rezystancję uzwojeń. Dobrą praktyką jest także przeprowadzenie próbnego rozruchu silnika z kontrolą przebiegów prądowo-napięciowych.

Nie, falownik musi być kompatybilny z danym silnikiem - indukcyjnym, synchronicznym, prądu stałego. Ponadto moc falownika powinna być dobrana do mocy silnika z uwzględnieniem zapasu 10-20%. Należy sprawdzić dane techniczne oraz zasięgnąć porady producenta.

Falowniki montuje się najczęściej w szafach sterowniczych lub w specjalnych obudowach w pobliżu napędzanych urządzeń. Powinny być one zabezpieczone przed nadmierną temperaturą, kurzem i wilgocią. Należy umożliwić swobodny przepływ powietrza wokół falownika.

Moc znamionowa falownika powinna być większa o 10-20% od mocy silnika lub innego odbiornika. Należy uwzględnić maksymalne obciążenie oraz zapasy mocy. Zbyt mały falownik będzie przeciążony, a zbyt duży będzie drogi i nieefektywny.

Oceń artykuł

rating-outline
rating-outline
rating-outline
rating-outline
rating-outline
Ocena: 0.00 Liczba głosów: 0

5 Podobnych Artykułów:

  1. Ile paneli fotowoltaicznych potrzeba na instalację 4kW? Sprawdź cenę montażu 4kW fotowoltaiki w 2023 roku
  2. Czy jest szansa na 2. sezon Mare z Easttown? Kate Winslet o potencjalnym powrocie
  3. Gwiazdor The Crown i książę Harry zerwali znajomość po incydencie
  4. Być albo nie być dla serialu Netfliksa Problemu trzech ciał?
  5. Co odkrył i wynalazł Albert Einstein?
Autor Nina Błaszczyk
Nina Błaszczyk

Jestem entuzjastką zrównoważonego budownictwa i ekologicznych rozwiązań w domu. Na blogu dzielę się wiedzą na temat OZE, energooszczędnych technologii i materiałów budowlanych przyjaznych środowisku. Publikuję artykuły edukacyjne i poradniki. Chcę pomagać w tworzeniu przyjaznych ekosystemu domów.

Udostępnij post

Napisz komentarz

Polecane artykuły