Falowniki są coraz powszechniej stosowane w instalacjach elektrycznych. Umożliwiają one zasilanie odbiorników prądu przemiennego napięciem o zmiennej częstotliwości i amplitudzie. Jak działają te przydatne urządzenia?
Jak działa falownik 3 fazowy?
Falownik 3 fazowy składa się z kilku podstawowych bloków funkcjonalnych. Najważniejsze z nich to prostownik, obwód pośredni (DC), falownik (inwerter) oraz filtr wyjściowy. Całością steruje układ sterowania.
Falownik zmienia napięcie stałe na zmienne
Zadaniem falownika jest zamiana napięcia stałego (DC) na napięcie przemienne (AC) o zadanych parametrach. Napięcie stałe może pochodzić z zewnętrznego źródła, na przykład baterii akumulatorów lub być wynikiem wcześniejszego wyprostowania napięcia zmiennego. Typowym źródłem napięcia są akumulatory w układach fotowoltaicznych lub wiatrowych. Natomiast w napędach elektrycznych najczęściej stosuje się prostowniki.
Falownik 3 fazowy generuje napięcie o zadanej częstotliwości
Kluczowym elementem falownika jest układ falujący zwany falownikiem lub inwerterem. Generuje on napięcie przemienne o pożądanej amplitudzie i częstotliwości. W falownikach trójfazowych zwykle stosuje się mostki IGBT. Ich załączanie i wyłączanie jest sterowane impulsowo. Modulacja szerokości impulsów pozwala uzyskać napięcie o regulowanej amplitudzie. Natomiast częstotliwość przełączeń decyduje o częstotliwości napięcia wyjściowego.
Modulacja szerokości impulsów w falowniku 3 fazowym
Aby uzyskać napięcie wyjściowe o pożądanej amplitudzie, stosuje się modulację szerokości impulsów sterujących tranzystorami mocy. Im szerszy impuls, tym większa amplituda napięcia. Modulacja PWM (Pulse Width Modulation) pozwala płynnie regulować wielkość napięcia wyjściowego. Dodatkowo, przez wprowadzenie przesunięcia fazowego między impulsami dla poszczególnych faz, możliwe jest uzyskanie napięcia 3-fazowego.
Filtr wyjściowy wygładza przebieg napięcia z falownika
Pomimo modulacji szerokości impulsów, napięcie na wyjściu falownika ma przebieg impulsowy. Aby uzyskać sinusoidalny kształt napięcia, stosuje się filtr dolnoprzepustowy LC. Składa się on z dławików i kondensatorów, które wygładzają napięcie i odcinają niepożądane wyższe harmoniczne.
Sterownik falownika kontroluje parametry napięcia wyjściowego
Sterownik falownika odpowiada za stałą kontrolę i regulację parametrów napięcia wyjściowego. Na podstawie pomiarów napięć i prądów oraz algorytmów modulacji generowane są impulsy sterujące tranzystorami mocy. Dzięki temu możliwa jest precyzyjna kontrola amplitudy i częstotliwości napięcia wyjściowego.
Zabezpieczenia falownika chronią przed uszkodzeniami
Falowniki wyposażone są w szereg zabezpieczeń, mających na celu ochronę samego urządzenia oraz podłączonych odbiorników. Do typowych zabezpieczeń należą ochrona przed przeciążeniami, zwarciami, nad- i podnapięciami. W przypadku wykrycia nieprawidłowej pracy, następuje wyłączenie falownika lub ograniczenie parametrów napięcia wyjściowego.
Dobór falownika 3 fazowego do konkretnego zastosowania
Aby poprawnie dobrać falownik 3 fazowy, należy znać parametry obciążenia (moc, napięcie, prąd), wymaganą częstotliwość oraz warunki pracy. Dobranie odpowiedniej mocy i typu falownika ma kluczowe znaczenie dla poprawnego i bezpiecznego działania układu. Dodatkowo trzeba uwzględnić wymagania sterowania i regulacji prędkości silnika elektrycznego.
Podsumowanie
Falowniki 3 fazowe są złożonymi urządzeniami energoelektronicznymi, które dzięki modulacji szerokości impulsów pozwalają zamieniać napięcie stałe na przemienne o regulowanych parametrach. Kluczowe elementy to prostownik, falownik z tranzystorami mocy, filtr dolnoprzepustowy oraz układ sterowania i zabezpieczeń. Poprawny dobór falownika do danego zastosowania gwarantuje niezawodną i efektywną pracę układu.
Tagi
Udostępnij
