Sprite icons

Przetwornice częstotliwości zapewniające doskonałą kontrolę silnika

17.06.2025
Przetwornice częstotliwości zapewniające energooszczędny dopływ świeżego powietrza
„Frequency inverter”, znany również jako „Variable Frequency Drive” lub VFD, to urządzenie elektroniczne, które steruje prędkością i momentem obrotowym silnika elektrycznego prądu przemiennego poprzez zmianę napięcia i częstotliwości jego zasilania. Umożliwia precyzyjną regulację prędkości silnika, dzięki czemu idealnie nadaje się do zastosowań takich jak sterowanie prędkością wentylatora, w których przepływ powietrza musi być skutecznie regulowany. Zastosowanie falownika nie tylko poprawia wydajność, ale także zmniejsza zużycie energii i zużycie elementów mechanicznych. W szczególności połączenie regulatora częstotliwości z czujnikami HVAC oferuje wiele możliwości zwiększenia efektywności energetycznej systemu wentylacyjnego poprzez zastosowanie wentylacji sterowanej zapotrzebowaniem. W przypadku wentylacji sterowanej zapotrzebowaniem prędkość wentylatora jest stale optymalizowana, aby zawsze mieć wystarczająco dużo świeżego powietrza. Gdy tylko czujniki HVAC wskażą, że jakość powietrza się pogarsza, prędkość wentylatora zostanie zwiększona, aby dostarczyć więcej świeżego powietrza. Gdy jakość powietrza będzie wystarczająco dobra, prędkość wentylatora zostanie ponownie zmniejszona. W ten sposób system wentylacyjny może oszczędzać energię, jednocześnie stale dostarczając wystarczającą ilość świeżego powietrza.
przetwornik

Silniki elektryczne zamieniają energię elektryczną na ruch
Zanim omówimy szczegółowo napęd o zmiennej częstotliwości, najpierw potrzebne są pewne informacje o silniku elektrycznym. Silnik elektryczny to maszyna, która zamienia energię elektryczną na ruch (nazywany również energią kinetyczną). Silnik przede wszystkim zamienia energię elektryczną na ruch obrotowy wału silnika. Wał silnika to część silnika elektrycznego, która obraca się, gdy silnik pracuje. Można go sobie wyobrazić jak oś koła — to część, która przenosi moc obrotową silnika na to, co napędza, np. łopatkę wentylatora lub pompę.
Prędkość silnika można regulować za pomocą regulatora prędkości. Liczba różnych typów silników jest niezliczona, ale ogólnie możemy rozróżnić silniki AC i silniki EC . Silniki EC zawsze mają wbudowany regulator prędkości, ale w przypadku silników AC można zapewnić zewnętrzny regulator prędkości. Istnieje kilka typów regulatorów prędkości: regulatory transformatorowe , regulatory TRIAC i przemienniki częstotliwości. Każdy typ wykorzystuje inną technologię do sterowania prędkością silnika. Każdy typ ma swoje własne zalety i wady. Ponieważ regulator częstotliwości służy do sterowania silnikiem AC, najpierw kilka dodatkowych informacji na ten temat. 


Silnik prądu przemiennego: prądy elektryczne i magnetyzm
Silniki elektryczne działają na zasadzie oddziaływania między magnetyzmem a prądami elektrycznymi. Oprócz energii elektrycznej, niezbędny jest także magnetyzm. Silniki synchroniczne prądu przemiennego wykorzystują magnesy trwałe, natomiast silniki asynchroniczne prądu przemiennego generują własne pole magnetyczne za pomocą indukcji (również będącej współdziałaniem magnetyzmu i elektryczności).
W stojanie – części silnika, która się nie porusza – znajduje się cewka. Gdy przepływa przez nią prąd przemienny, powstaje pole magnetyczne. Ponieważ prąd jest przemienny, polaryzacja pola magnetycznego nieustannie się zmienia. Sprawia to wrażenie, jakby pole magnetyczne stale obracało się w kółko. Dzieje się to z taką samą częstotliwością, jak częstotliwość napięcia przemiennego. Wirnik – obracająca się część silnika – podąża za zmieniającym się polem magnetycznym. Wirnik w silnikach synchronicznych zbudowany jest z magnesów trwałych. Wirnik w silnikach asynchronicznych ma konstrukcję klatkową – wygląda trochę jak metalowe koło z grubymi prętami biegnącymi wzdłuż jego długości, połączonymi z obu końców pierścieniami – trochę jak metalowe koło do biegania dla chomika. Gdy taki wirnik klatkowy zostanie umieszczony w ruchomym polu magnetycznym, indukuje się w nim prąd elektryczny, który z kolei wytwarza pole magnetyczne.
Wszystkie te pola magnetyczne i prądy elektryczne generują ciepło (energia tracona w postaci ciepła). Ciepło jest zatem największym wrogiem solidnego silnika prądu przemiennego. W przypadku przegrzania istnieje ryzyko uszkodzenia wskutek zwarcia wewnętrznego. Dlatego wykrycie przegrzania w odpowiednim czasie jest bardzo ważne dla silnika prądu przemiennego. Niektóre wersje są wyposażone w czujniki temperatury wewnątrz silnika (TK lub PTC). Mogą być one odczytywane przez niektóre sterowniki prędkości, które w razie przegrzania zatrzymują silnik na czas i zapobiegają jego uszkodzeniu.


naklejka
Dane techniczne silnika prądu przemiennego – tabliczka znamionowa silnika
Aby dobrać odpowiedni typ falownika do konkretnego silnika, należy znać następujące dane:
Napięcie zasilania – Energia elektryczna potrzebna do pracy silnika prądu przemiennego to napięcie zasilania. Wyrażane jest w [VAC]. Może być dostarczane w formie jednofazowej lub trójfazowej. Dostępne opcje w publicznej sieci energetycznej to: 1-faza 230 VAC / 3-fazy 230 VAC / 3-fazy 400 VAC.

Pobór prądu – Ilość energii zużywanej przez silnik. Ilość prądu elektrycznego pobieranego przez silnik wyrażana jest w Amperach [A]. Pobór prądu wzrasta wraz ze wzrostem prędkości obrotowej silnika lub obciążenia (np. większe łopatki wentylatora). Maksymalny pobór prądu jest zazwyczaj podany na tabliczce znamionowej silnika.

Moc silnika – Połączenie dostarczonego napięcia, (maksymalnego) pobieranego prądu oraz sprawności silnika określa moc silnika. Wyrażana jest w watach lub kilowatach. Również ta wartość znajduje się zazwyczaj na tabliczce znamionowej silnika.

Oprócz tych podstawowych informacji, na tabliczce znamionowej silnika zazwyczaj znajdują się również inne dane.
Prędkość obrotowa wału silnika jest wyrażana w obrotach na minutę [obr./min lub rpm].
Moment obrotowy, czyli siła, jaką wał silnika może wygenerować, jest wyrażany w niutonometrach [Nm].
Przykład praktyczny: traktor ma silnik o niskiej prędkości obrotowej, ale dużym momencie obrotowym. Dlatego porusza się powoli, ale może ciągnąć ogromne ładunki po polu.
Z kolei samochód Formuły 1 ma silnik o bardzo wysokiej prędkości obrotowej (wiele rpm), ale niższym momencie obrotowym niż traktor. Jest to idealne rozwiązanie, ponieważ bolid jest bardzo lekki i wymaga stosunkowo niewielkiej siły.

Różne typy regulatorów prędkości obrotowej
Jak już wspomniano, istnieje kilka typów regulatorów prędkości. Każdy z nich wykorzystuje inną technologię, z własnymi zaletami i wadami. Jednak na tle pozostałych wyróżnia się falownik (przemiennik częstotliwości), ponieważ jest bardziej zaawansowany. Proste regulatory prędkości jedynie obniżają napięcie zasilające silnik, natomiast falownik robi znacznie więcej...
Regulatory transformatorowe oraz regulatory z elementem TRIAC zmniejszają prędkość obrotową silnika poprzez obniżenie napięcia doprowadzanego do silnika. Niższe napięcie zasilania skutkuje mniejszą prędkością. Regulatory transformatorowe obniżają napięcie stopniowo (zwykle w 5 krokach). Elektroniczne regulatory prędkości (np. z TRIAC) umożliwiają płynną regulację prędkości. Główną zaletą obu typów jest prostota podłączenia i uruchomienia – po podłączeniu silnika regulator można od razu używać, bez potrzeby konfiguracji.
Falownik również umożliwia płynną regulację prędkości (tak jak regulator TRIAC), ale jego działanie jest znacznie bardziej złożone. Ta bardziej zaawansowana regulacja wymaga dodatkowej konfiguracji. Po podłączeniu zazwyczaj należy ustawić kilka parametrów, zanim falownik będzie gotowy do pracy. Dzięki dodatkowym wejściom i wyjściom, falownik oferuje również wiele funkcji logicznych i rozszerzonych możliwości sterowania.


Falownik vs regulator TRIAC – porównanie
Czym właściwie różni się falownik od regulatora TRIAC? Falownik zmienia nie tylko napięcie, ale również częstotliwość zasilania silnika! Regulator TRIAC jedynie „wycina” fragmenty napięcia zasilającego – częstotliwość jednak pozostaje stała (50 Hz). Powoduje to obniżenie momentu obrotowego (czyli siły). Silnik nadal próbuje pracować z maksymalną prędkością, ponieważ częstotliwość – a więc tempo obrotu pola magnetycznego – nie ulega zmianie. To właśnie częstotliwość wyznacza prędkość obrotową silnika.
Obniżanie napięcia bez zmiany częstotliwości niesie ryzyko zatrzymania silnika (zjawisko „stall”). Gdy napięcie maleje, a częstotliwość pozostaje wysoka, silnik staje się „słabszy” – wytwarza mniej momentu obrotowego, który odpowiada za pokonywanie oporu obciążenia (np. łopatek wentylatora). Jeśli moment obrotowy spadnie zbyt mocno, silnik może nie poradzić sobie z obciążeniem i zatrzymać się. Dlatego właśnie samo obniżenie napięcia (jak w przypadku regulatorów TRIAC) jest ryzykowne, zwłaszcza przy niskich prędkościach.

Falownik, w przeciwieństwie do tego, dostosowuje jednocześnie napięcie i częstotliwość, co zapewnia płynną i bezpieczną pracę silnika.
Falownik utrzymuje stały stosunek napięcia do częstotliwości (U/f = const). Dzięki temu silnik zawsze otrzymuje optymalne napięcie – co przekłada się na niższe zużycie energii. Dzięki temu, że stosunek U/f jest idealny, silnik pracuje zawsze w optymalnych warunkach. To sprawia, że falownik jest znacznie bardziej energooszczędny niż regulator TRIAC czy transformatorowy regulator obrotów – zwłaszcza przy niższych prędkościach.

Gdy falownik zmniejsza napięcie, równocześnie zmniejsza też częstotliwość. Dzięki temu silnik obraca się wolniej, ale zachowuje niemal pełny moment obrotowy. Regulacja prędkości silnika za pomocą falownika pozwala na utrzymanie jego „mocy” nawet przy niskich obrotach, co znacząco zmniejsza ryzyko zatrzymania silnika.

Dodatkowo, przez to że napięcie generowane przez regulator TRIAC nie ma idealnego kształtu sinusoidy, silnik może pracować głośno – szczególnie przy niskich obrotach. Falownik generuje niemal idealną sinusoidę dzięki technologii PWM (modulacja szerokości impulsu), co pozwala zarówno falownikowi, jak i silnikowi pracować niemal bezgłośnie.
Jeśli mimo to hałas jest zbyt duży, można go dodatkowo zmniejszyć, zwiększając częstotliwość przełączania (switching frequency) w ustawieniach parametrów falownika (np. parametr 17). Warto jednak pamiętać, że zwiększenie częstotliwości przełączania może przyspieszyć zużycie łożysk silnika oraz zwiększyć emisję zakłóceń elektromagnetycznych (EMC).

schemat

Jak działa falownik?
Z technicznego punktu widzenia falownik (przemiennik częstotliwości) składa się z trzech podstawowych bloków funkcjonalnych:
 
1. Prostownik (Rectifier)
Tutaj napięcie przemienne (AC) – jednofazowe lub trójfazowe – jest zamieniane na napięcie stałe (DC). To pierwszy etap przetwarzania energii w falowniku.
 
2. Szyna DC (DC Bus)
Ten moduł działa jak wewnętrzny magazyn energii. Można go porównać do dużej baterii znajdującej się w środku falownika. Zgromadzona tu energia w postaci napięcia stałego jest przygotowywana do dalszej konwersji.
 
3. Stopień inwertujący (Inverter Stage)
Na tym etapie napięcie stałe z szyny DC jest ponownie zamieniane na napięcie przemienne – jednofazowe lub trójfazowe – ale już o regulowanej częstotliwości i napięciu.
Do tej konwersji stosowana jest technologia PWM (Pulse Width Modulation), czyli modulacja szerokości impulsu. W tym procesie wykorzystywane są tranzystory IGBT (insulated-gate bipolar transistors) – bardzo szybkie przełączniki elektroniczne.
Można je porównać do ekstremalnie szybkich włączników światła, które otwierają i zamykają obwód w bardzo krótkich odstępach czasu. Z wielu takich krótkich impulsów powstaje napięcie o kształcie zbliżonym do idealnej sinusoidy.
IGBT są znacznie szybsze i bardziej wydajne od TRIAC-ów, a także mogą przełączać dużo większe prądy – jednak są też droższe.
 
Kluczowa różnica
Główna różnica między falownikiem, a regulatorem TRIAC lub transformatorowym polega na tym, że:
Falownik najpierw zamienia napięcie AC na DC, a potem ponownie na AC, ale już o kontrolowanej częstotliwości i napięciu.
Regulatory TRIAC i transformatorowe jedynie zmniejszają wartość napięcia przemiennego (AC) bez zmiany jego częstotliwości.
Dzięki temu falownik oferuje znacznie dokładniejsze i bardziej efektywne sterowanie silnikiem, umożliwiając pełną kontrolę nad jego prędkością i momentem obrotowym.

Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC)
EMC to skrót od Electromagnetic Compatibility, czyli kompatybilność elektromagnetyczna. Każdy falownik wykorzystuje tranzystory IGBT (szybkie elektroniczne przełączniki) do regulacji prędkości obrotowej silnika. Choć przełączniki te są bardzo wydajne, generują również zakłócenia elektryczne – znane jako zakłócenia elektromagnetyczne (EMI), które mogą przenosić się z powrotem do sieci elektrycznej budynku.
Regulatory TRIAC oraz regulatory transformatorowe generują znacznie mniej zakłóceń EMI niż falowniki, ponieważ przełączają się z dużo mniejszą częstotliwością. Dlatego filtr EMC odgrywa kluczową rolę w utrzymaniu stabilności środowiska elektrycznego w budynku, gdy zainstalowane są falowniki.
 
 
Zakłócenia EMI nie powodują słyszalnego hałasu, ale mogą zakłócać działanie innych wrażliwych urządzeń elektronicznych w budynku. Systemy takie jak alarmy przeciwpożarowe, sterowanie oświetleniem, sieci komunikacyjne czy sprzęt biurowy mogą być podatne na to niewidoczne zakłócenie.
Właśnie tu wkracza filtr EMC. Działa on jako bariera ochronna, która filtruje zakłócenia elektryczne generowane przez falownik i zapobiega ich rozprzestrzenianiu się przez sieć zasilającą. Mówiąc prościej – filtr EMC zapewnia, że falownik pracuje bez zakłócania innych urządzeń w budynku.
Montaż filtra EMC to nie tylko dobra praktyka – to często obowiązek. W budynkach komercyjnych, przemysłowych lub wielofunkcyjnych, przepisy zazwyczaj wymagają stosowania filtrów EMC, gdy instalowane są falowniki. Pomaga to spełnić normy bezpieczeństwa elektrycznego i zapewnia niezawodność wszystkich pozostałych systemów elektronicznych w obiekcie.

przetwornica

Asortyment falowników
Sentera jest dystrybutorem falowników Invertek przeznaczonych do zastosowań w systemach HVAC. Seria Optidrive E3 znana jest z łatwości obsługi, doskonałej jakości oraz domyślnych ustawień, które zostały już zoptymalizowane pod kątem zastosowań HVAC. Ułatwia to uruchomienie i konfigurację. Wszystkie urządzenia są wyposażone we wbudowany filtr EMC kategorii C1, zgodnie z normą EN61800-3:2004.
Nasz asortyment falowników obejmuje trzy warianty:

Falowniki -E2 do montażu w rozdzielnicy elektrycznej – falowniki w obudowie IP20 z listwami zaciskowymi do podłączenia zewnętrznych sygnałów sterujących. Te falowniki są wyposażone w standardowy panel sterowania (5 przycisków i 7-segmentowy wyświetlacz LED). Za pośrednictwem listwy zaciskowej można podłączyć zewnętrzne polecenia start-stop oraz sygnał odniesienia prędkości 0–10 V. Falownik wykorzystuje te zewnętrzne sygnały sterujące, aby wiedzieć, jak sterować silnikiem.inwertek



Obudowa urządzeń serii -E2 zapewnia stopień ochrony IP20 przed wnikaniem wilgoci i pyłu. Zalecamy montaż tych urządzeń w rozdzielnicy elektrycznej z odpowiednią wentylacją i chłodzeniem, aby zapewnić skuteczne odprowadzanie ciepła.



Falowniki -E6-19 do montażu na zewnątrz z listwami zaciskowymi do podłączenia zewnętrznych sygnałów sterujących – falownik IP66
Te falowniki są wyposażone w standardowy panel sterowania (5 przycisków i 7-segmentowy wyświetlacz LED). Poprzez listwę zaciskową można podłączyć zewnętrzne polecenia start-stop oraz sygnał odniesienia prędkości 0–10 V. Falownik wykorzystuje te zewnętrzne sygnały sterujące do określenia, w jaki sposób sterować silnikiem.
inwertek

Obudowa urządzeń -E6-19 zapewnia stopień ochrony IP66 przed wnikaniem wody i zanieczyszczeń. Dzięki solidnej obudowie falowniki te mogą być bezpośrednio montowane na zewnątrz, w pobliżu silnika. Są całkowicie pyłoszczelne i przystosowane do zmywania dzięki uszczelnionej obudowie z ABS oraz radiatorowi odpornemu na korozję.
Wytrzymała obudowa z tworzywa poliwęglanowego została zaprojektowana tak, aby odporna była na działanie promieniowania UV, tłuszczów, olejów i kwasów. Jest również na tyle solidna, że nie staje się krucha nawet przy temperaturze -20°C. Zaleca się ochronę urządzenia przed bezpośrednim deszczem i nasłonecznieniem.



Falowniki -E6-19 do montażu na zewnątrz z wbudowanymi elementami sterującymi – falownik z pokrętłami
Te falowniki są wyposażone we wbudowany potencjometr do regulacji prędkości, 3-pozycyjny przełącznik do wyboru trybu pracy (Bieg wsteczny – STOP – Bieg do przodu) oraz zamykany wyłącznik główny zasilania.inwertek


Obudowa urządzeń -E6-19 zapewnia stopień ochrony IP66 przed wnikaniem wody i zanieczyszczeń. Dzięki solidnej konstrukcji falowniki te mogą być łatwo instalowane na zewnątrz, w pobliżu silnika. Są pyłoszczelne i przystosowane do mycia dzięki uszczelnionej obudowie z tworzywa ABS oraz radiatorowi odpornemu na korozję.
Wytrzymała obudowa z tworzywa poliwęglanowego została zaprojektowana tak, aby była odporna na działanie promieniowania UV, tłuszczów, olejów i kwasów. Jest również na tyle wytrzymała, że nie ulega kruchości nawet w temperaturze -20°C. Zaleca się chronić urządzenie przed bezpośrednim działaniem deszczu i promieni słonecznych.


Jak dobrać odpowiedni falownik do swojej aplikacji?
Po dokonaniu wstępnego wyboru, należy również dokonać selekcji na podstawie parametrów technicznych silnika. Aby dobrać odpowiedni falownik do swojej aplikacji, potrzebne będą następujące informacje:
 
Jakie napięcie zasilające jest dostępne na miejscu?
Typowe dostępne napięcia zasilania to:
1-fazowe 230 V,
3-fazowe 230 V,
3-fazowe 400 V.
To jest napięcie, które zostanie doprowadzone do falownika.
 
Jakiego napięcia potrzebuje silnik?
(Ta informacja znajduje się na tabliczce znamionowej silnika.)
Typowe napięcia dla silników AC to:
1-fazowe 230 V AC,
3-fazowe 230 V AC,
3-fazowe 400 V AC.
To jest napięcie, które falownik będzie dostarczać do silnika, niezależnie od napięcia zasilania samego falownika.
 
Jaki jest prąd silnika?
Ta informacja również znajduje się na tabliczce znamionowej silnika i jest podawana w amperach [A].
Prąd, jaki falownik może dostarczyć, musi być większy niż prąd silnika.Jeśli jeden falownik ma sterować kilkoma silnikami, suma prądów wszystkich silników (z dodatkowym zapasem) musi być niższa niż maksymalny prąd wyjściowy falownika.Zazwyczaj oznaczenia prądu [A] i mocy [kW] na silniku i falowniku powinny się zgadzać.
W razie wątpliwości zaleca się wybrać falownik, który może dostarczyć więcej prądu niż maksymalny prąd silnika.
Zgłoś błąd
Zaloguj się, aby poznać wszystkie funkcje strony!
Logowanie
Obowiązkowe(*)