Co to jest przemiennik częstotliwości?

Przemiennik częstotliwości, zwany również przez niektórych producentów i w niektórych środowiskach przetwornicą częstotliwości, jest to urządzenie energoelektroniczne, dzięki któremu możliwe jest sterowanie (regulacja) częstotliwości, prędkości oraz momentu napędowego silnika elektrycznego prądu zmiennego (AC). Sporadycznie przemiennik częstotliwości jest wykorzystywany do innego celu niż zasilania silnika elektrycznego, ale o tym dowiecie się Państwo więcej w innym artykule.

Przemiennik częstotliwości pod względem budowy składa się głównie z 4 elementów:

1. Prostownika
2. Układu pośredniego DC (zwanego czasem też potocznie szyną DC)
3. Inwertera (zwanego czasem falownikiem)
4. Elektroniki sterującej

Prostownik

Funkcją prostownika jest konwersja zmiennego napięcia występującego w sieci na napięcie stałe. Pod względem konstrukcyjnym prostownik może być zbudowany w oparciu o:

1. Mostek diodowy (przeważnie sześcio-pulsowy)
2. Mostek diodowo-tyrystorowy
3. Układ tranzystorów (tak zwany mostek aktywny)

Układ pośredni DC

Wspólna szyna DC jest bardzo istotnym elementem w układzie elektrycznym przemiennika. Jej głównym zadaniem jest magazynowanie energii elektrycznej o stałym napięciu, z której korzysta dalej inwerter (falownik). W układzie pośrednim DC najczęściej można spotkać układ kondensatorów elektrolitycznych (w przemiennikach napięciowych) jako element wygładzający napięcie oraz magazynujący energię. Bardzo istotnym komponentem, mającym bezpośredni związek z baterią kondensatorów, jest układ wstępnego ładowania, który ogranicza prąd ładowania kondensatorów w momencie podania zasilania sieciowego do przemiennika częstotliwości.

Na szynie DC często występuje również element indukcyjny (najczęściej w przemiennikach wyższej klasy) zwany dławikiem sieciowym, którego zadaniem jest ograniczanie zakłóceń sieci elektrycznej powodowanych przez wyższe harmoniczne.
W układzie szyny DC bardzo często znajduje się również element zwany czoperem hamowania, którego zadaniem jest przekazanie nadwyżki energii elektrycznej pochodzącej z dynamicznego hamowaina silnika elektrycznego do rezystora, lub układu rezystorów hamowania podłączonych do przemiennika, w celu dalszej konwersji tej energii na ciepło. O hamowaniu w układzie napędowym możesz przeczytać w TYM artykule.

Inwerter

Inwerter (inaczej falownik) jest istotnym elementem układu wewnętrznego przemiennika częstotliwości, który generuje sygnał wyjściowy do zasilania silnika elektrycznego. Dzięki zastosowaniu elementów półprzewodnikowych, najczęściej są to tranzystory IGBT w przemiennikach niskiego napięcia, inwerter może generować sygnał o regulowanej częstotliwości (od 0 Hz do 500 Hz a nawet do ponad 1400 Hz) i regulowanym napięciu. Sygnał wyjściowy pochodzący z inwertera nie jest jednak czystą sinusoidą, a mocno zniekształconym przebiegiem.

Elektronika sterująca

Elektronika sterująca posiada wiele zadań:

• przyjmowanie sygnałów sterujących takich jak: Start/Stop, wartość zadana częstotliwości / prędkości lub momentu
• sygnalizowanie stanów przemiennika za pomocą wyjść przekaźnikowych / cyfrowych
• analiza pomiarów wielkości elektrycznych w układzie przemiennika (np. napięcie w układzie pośrednim DC, prąd wyjściowy, temperatura inwertera) i ich interpretacja, a w razie przekroczenia limitów – wyłączenie silnika i sygnalizacja alarmów
• sterowanie układem przełączania elementów półprzewodnikowych inwertera
• komunikacja w sieci automatyki np. ze sterownikiem PLC (w razie potrzeby)
• wykonywanie funkcji programowych zaprogramowanych przez użytkownika lub automatyka.