Na rynku dostępnych jest wiele modeli i marek falowników. Wybierając falownik sugerujemy się firmą, ceną, funkcjami itp. Natomiast najistotniejszym parametrem określającym falownik jest tryb sterowania. Najczęściej spotykane są falowniki tak zwane skalarne (do pomp, wentylatorów, sprężarek itp. ) oraz falowniki wektorowe (cięższe zastosowania). Mając na celu ułatwienie wyboru odpowiedniego falownika do potrzeb przybliżamy poniżej te dwie metody sterowania.

Sterowanie skalarne U/f

Przemiennik częstotliwości z algorytmem sterowania skalarnego U/f reguluje prędkość obrotową poprzez zmianę częstotliwości napięcia zasilania silnika. Prędkość obrotowa sterowana jest tu poprzez zmianę częstotliwości zasilania uzwojeń silnika. W celu zachowania względnie stałego momentu obrotowego, proporcjonalnie do zmian częstotliwości zmieniana jest również wartość napięcia podawanego na zaciski silnika. Działanie skalarnego przemiennika częstotliwości ogranicza się zatem do zadawania na zaciski silnika napięcia o określonej częstotliwości. Ze względu na występowanie poślizgu (różnicy pomiędzy prędkością wirowania pola w silniku a prędkością obrotów wału), prędkość obrotowa wału silnika nie jest ściśle proporcjonalna do częstotliwości.

Przemienniki częstotliwości z algorytmem U/f stosuje się w aplikacjach nie wymagających dokładnej regulacji prędkości obrotowej oraz tam, gdzie moment obciążenia maleje wraz z prędkością lub jest względnie stały w całym zakresie jej zmian. Do tej grupy można zaliczyć urządzenia tj. pompy, wentylatory, sprężarki, dmuchawy oraz i taśmociągi.

Wadami przemienników skalarnych są stany przejściowe o długim czasie trwania, oscylacje prędkości obrotowej wokół prędkości zadanej, brak możliwości regulacji momentu obrotowego oraz jego niewielka wartość przy niskich częstotliwościach. Niewątpliwą zaletą tych przemienników jest niska cena, łatwość uruchamiania oraz brak konieczności stosowania dodatkowych urządzeń realizujących sprzężenie zwrotne (zależne od prędkości).

Falownik skalarny można sterować więcej niż jednym silnikiem równocześnie.

Falownik skalarny - Yaskawa J1000

Przykładem falowników oferujących wyłącznie skalarny tryb sterowania są falowniki firmy Yaskawa serii J1000

Więcej informacji na temat falowników skalarnych Yaskawa J1000 dostępnych jest na stronie sklepu z falownikami - SklepFalowniki.pl

Falowniki Yaskawa J1000 - zobacz w sklepie

Sterowanie wektorowe

Falowniki z algorytmem wektorowym umożliwiają precyzyjną regulację prędkości oraz pełną kontrolę momentu obrotowego silnika. Falownik wektorowy w całym zakresie regulacji prędkości obrotowej silnika jest utrzymuje stałą wartość momentu obrotowego silnika. W praktyce jest to zakres częstotliwości: 0,5Hz do 50 (60) Hz. (jest to zależne od częstotliwości znamionowej silnika).

Sterowania wektorowe polega na oddzielnym sterowaniu momentem i strumieniem uzwojenia w silniku. Dokładność tej regulacji prędkości wynosi 0,01%.

Każdy falownik wektorowy może pracować w trybie skalarnym i zwykle w nastawach fabrycznych jest załączony tryb skalarny (U/f) - bo do wektora potrzebny jest model podłączonego silnika którego producent nie zna więc dopiero po identyfikacji załączany jest przez użytkownika bądź automatycznie tryb wektorowy.

Sterowanie wektorowe silników indukcyjnych

Powyższy tryb sterowania pozwala w całym zakresie regulacji prędkości obrotowej utrzymywać stałą wartość momentu obrotowego. Ponadto falownik potrafi osiągnąć moment znamionowy już przy częstotliwościach rzędu 0,5 Hz, zaś regulacja prędkości obrotowej jest możliwa z dokładnością 0,01%. Powyższe właściwości są możliwe do osiągnięcia dzięki niezależnemu sterowaniu momentem oraz strumieniem w uzwojeniu silnika. Falowniki posiadające tryb wektorowy umożliwiają również standardowe sterowanie skalarne silników i praktycznie zawsze w nowych urządzeniach to ono jest aktywne, ponieważ by możliwe było wykorzystanie sterowania wektorowego trzeba znać parametry silnika jaki będzie współpracował z danym falownikiem, producent na etapie produkcji falownika nie posiada tej wiedzy dlatego domyślnie aktywuje tryb sterowania skalarnego. Sterowanie wektorowe oczywiście posiada również swego rodzaju wady, przede wszystkim napędy posiadające opisywany tryb są zwykle dość drogie oraz wymagają włożenia większej pracy przy uruchomieniu, ponadto w trybie tym obowiązuje zasada, że jeden falownik może sterować wyłącznie jednym silnikiem, a nie jak w przypadku sterowania skalarnego, gdzie była możliwość podpięcia kilku silników do pojedynczego falownika.

Przykładowe zastosowania falowników z wektorowym trybem sterowania

Falowniki z trybem wektorowym znajdują zastosowanie głównie do sterowania:

• Siłowników elektrycznych - gdzie pozwalają na rozwijanie dużego momentu w całym zakresie prędkości, oferują dużą dynamikę układu napędowego oraz pozwalają na zmniejszenie kosztów układu w porównaniu do tradycyjnych serwonapędów,
• Dźwigów i podnośników - przy sterowaniu których umożliwiają wytworzenie dużego momentu obrotowego już na starcie,
• Młynów i mikserów - w tym przypadku algorytm umożliwia dokładną regulację i monitorowanie momentu, a dzięki temu powala pośrednio określić np. lepkość mieszaniny, zaś w przypadku młynów pozwala na stabilizację prędkości oraz wytworzenie odpowiednio dużego momentu.
• Wirówek - tutaj algorytm sterowania wektorowego pozwala na skrócenie czasów hamowania i rozpędzania wirówek,
• Przenośników i stołów obrotowych - podobnie jak w przypadku wirówek duży moment wytwarzany w trybie sterowania wektorowego pozwala w krótszym czasie rozpędzać i zatrzymywać przenośniki i stoły,
• Nawijarek - tutaj sterowanie wektorowe pozwala na kontrolę i regulację momentu obrotowego, a tym samym utrzymywanie odpowiedniego naprężenia nawijanego materiału.

Falownik wektorowy - LG iG5a

Falowniki LG serii IG5a to przykłady falowników, które oferują możliwość sterowania pracą silnika zarówno w trybie skalarnym jak również wektorowym.

Więcej informacji na temat falowników wektorowych LG iG5a dostępnych jest na stronie sklepu z falownikami - SklepFalowniki.pl

Falowniki LG iG5a - zobacz w sklepie

Różnice pomiędzy skalarnym trybem sterowania a wektorowym

• Falownik skalarny może sterować kilkoma silnikami równocześnie natomiast falownik wektorowy może sterować tylko jednym.
• Falownik skalarny pracuje ze stałą częstotliwością nie kontrolując zachowania silników. Praca w trybie wektorowym wymagałaby kontroli prądu wyjściowego, który jest sumą wektorową prądów poszczególnych silników które potrafią regulować prędkość i moment obrotowy silników asynchronicznych- klatkowych.
• Przy sterowaniu skalarnym zadawana częstotliwość jest stała, obroty silnika są mniejsze o poślizg. Przy sterowaniu wektorowym wartością zadaną są obroty, które falownik stabilizuje.
• Falownik skalarny do sterowania nie wymaga znajomości silnika którym steruje