Zarządzanie pracą różnego rodzaju układów przemysłowych musi stanowić przemyślaną strategię. Wykorzystując do tego celu falowniki, można skutecznie sterować napędami oraz monitorować ich działanie. Przetworniki napięcia odgrywają ważną rolę w kierowaniu pracą silników elektrycznych, umożliwiając regulację prędkości obrotowej oraz momentu obrotowego. Stąd też wybór odpowiedniego falownika ma istotne znaczenie dla efektywności całego systemu. Jednym z najważniejszych aspektów, na które należy zwrócić uwagę, jest tryb sterowania. Istnieją dwa podstawowe typy przemienników: skalarnie sterowane, oparte na algorytmie U/f, oraz wektorowe, które oferują bardziej zaawansowaną kontrolę.

Spis treści:

• Podstawowa zasada działania falownika
• Sterowanie skalarne – najważniejsze szczegóły techniczne
• Sterowanie wektorowe – działanie i zalety
• Różnice pomiędzy falownikiem skalarnym a wektorowym
• Falownik wektorowy a skalarny – który wybrać?
• Podsumowanie

Podstawowa zasada działania falownika

Na początku warto przypomnieć, czym dokładnie są przemienniki napięcia. To urządzenia elektroniczne, które przekształcają prąd stały na prąd przemienny, umożliwiając regulację prędkości obrotowej silnika. To jednak, w jaki sposób dokładnie działają, zależy od wykorzystanego w nich algorytmu sterowania. Wyróżnia się dwa podstawowe tryby: skalarne oraz wektorowe. Różnią się one przede wszystkim sposobem regulacji momentu obrotowego i prędkości. W sterowaniu skalarnym falownik dostosowuje napięcie wraz z częstotliwością w stosunku do prędkości obrotowej silnika, natomiast w sterowaniu wektorowym odbywa się to na poziomie wektorów prądu i strumienia.

Sterowanie skalarne – najważniejsze szczegóły techniczne

Technologia U/f opiera się na proporcjonalnym do prędkości silnika regulowaniu napięcia oraz częstotliwości. Falowniki tego typu regulują prędkość przy pomocy zmiany częstotliwości napięcia, przy zachowaniu stałego stosunku napięcia do częstotliwości. Jest to idealne rozwiązanie dla aplikacji takich jak pompy, wentylatory czy inne układy o niewielkim, stałym obciążeniu.

Zalety:

• możliwość podłączenia wielu napędów jednocześnie,
• prosta instalacja i konfiguracja,
• niskie koszty zakupu i eksploatacji.

Wady:

• niska dokładność regulacji momentu obrotowego,
• brak dynamicznej kontroli prędkości – przy zmiennym obciążeniu mogą występować wahania.

Sterowanie wektorowe – działanie i zalety

Znacznie bardziej zaawansowaną technologią jest sterowanie wektorowe, znane również jako FOC (Field Oriented Control). W tym przypadku falownik niezależnie kontroluje strumień magnetyczny i moment elektromagnetyczny, co zapewnia precyzyjne i dynamiczne sterowanie napędem. Falowniki tego typu są wykorzystywane w wymagających instalacjach przemysłowych, np. w liniach produkcyjnych, systemach podnośników czy automatyce precyzyjnej.

Zalety:

• wysoka precyzja w regulacji parametrów pracy,
• możliwość pracy z dużym momentem przy niskich prędkościach,
• stabilność pracy nawet przy zmiennym obciążeniu.

Wady:

• wyższy koszt urządzenia i wdrożenia,
• konieczność indywidualnego doboru do napędu,
• dłuższy czas uruchomienia i większe wymagania konfiguracyjne.

Różnice pomiędzy falownikiem skalarnym a wektorowym

Największą różnicą między tymi dwiema technologiami jest sposób zarządzania prądem i momentem obrotowym. W trybie skalarnym nie ma dynamicznej kontroli – napięcie i częstotliwość są regulowane liniowo, bez uwzględnienia reakcji układu. Wektorowe sterowanie bazuje na pomiarach i dynamicznym sterowaniu komponentami prądowymi, co daje znacznie większą dokładność i elastyczność. Dlatego falownik skalarny czy wektorowy – to pytanie powinno być rozstrzygane zawsze w kontekście konkretnych potrzeb aplikacji.

Falownik wektorowy a skalarny – który wybrać?

Jeśli układ jest prosty, obciążenie niewielkie i nie zmienia się dynamicznie – warto postawić na falownik skalarny. Jego zastosowanie będzie ekonomiczne i w pełni wystarczające dla podstawowych procesów technologicznych. Z kolei falowniki wektorowe rekomendowane są tam, gdzie konieczna jest precyzyjna kontrola ruchu, wysoka dokładność momentu i niezawodność nawet przy zmieniających się warunkach obciążeniowych. Dla jeszcze lepszej kontroli układu warto rozważyć specjalne rezystory hamujące do falowników, które pozwalają na sprawne rozpraszanie energii kinetycznej w czasie hamowania silnika. Są one szczególnie istotne przy częstych zmianach kierunku obrotów lub dużych masach napędzanych.

Podsumowanie

Wybór falownika powinien być poprzedzony dokładną analizą warunków pracy układu napędowego. Falownik skalarny a wektorowy to dwa odmienne podejścia, z których każde ma swoje konkretne zalety i ograniczenia. Skalarne są tanie i proste w obsłudze – wektorowe droższe, ale dają pełną kontrolę. W każdej z tych opcji ważna jest jakość komponentów – dlatego warto zaopatrzyć się w sprawdzone falowniki oraz pozostałe części maszyn w sklepie Wagney – partnerze w projektowaniu nowoczesnych układów automatyki. Dzięki właściwemu doborowi sprzętu można zyskać nie tylko większą niezawodność, ale także zoptymalizować zużycie energii i obniżyć koszty eksploatacyjne instalacji.