Przemiennik częstotliwości jest układem elektronicznym, który pozwala na płynną regulację prędkości trójfazowych silników prądu przemiennego przez zmianę częstotliwości napięcia zasilania. Od powstania pierwszych przemienników częstotliwości opartych na tyrystorach do dzisiejszych cyfrowych układów sterowanych mikroprocesorowo zaszło wiele zmian konstrukcyjnych, ale zasady działania pozostały takie same.

 Natomiast silniki elektryczne projektuje się tak, aby utrzymywały stałą zadaną wartość prędkości oraz optymalną jej regulację przez układy zasilania. Wymaganie to nie mogło być realizowane skutecznie do czasu wprowadzenia przemienników częstotliwości, które umożliwiły płynną i efektywną regulację prędkości silników trójfazowych prądu przemiennego.

Płynna regulacja prędkości jest często podstawowym wymogiem z punktu widzenia danego procesu produkcyjnego. Ponadto, stosowanie przemienników częstotliwości pozwala prócz płynnej regulacji prędkości, uzyskać inne korzyści takie jak:

- Oszczędność energii.

Energia może być oszczędzana w silniku o regulowanej prędkości obrotowej, pozwala to na odpowiedni dobór prędkości zgodnie z potrzebami procesu produkcyjnego w dowolnej chwili czasu (w zależności od potrzeb). Rozwiązanie to ma głównie zastosowanie w przypadku regulacji wydajności pomp odśrodkowych i wentylatorów, gdzie zużycie energii jest proporcjonalne do sześcianu prędkości.

Oznacza to, że jeżeli silnik pracuje z prędkością o połowę mniejszą od nominalnej to pobiera z sieci około 12,5% swej mocy znamionowej.

- Proces optymalizacyjny

Dostosowując prędkość silnika do procesu produkcyjnego zyskujemy bardzo wiele. Zwiększamy produkcję, przy jednoczesnym zmniejszeniu tzw. odrzutów i zmniejszeniu zużycia materiału.

- Płynna praca maszyny

Dzięki zastosowaniu przemienników liczba przerw w pracy może być znacznie obniżona. Używanie łagodnego rozruchu powoduje złagodzenie niekorzystnych zjawisk lub nawet ich wyeliminowanie.

- Zmniejszenie kosztów eksploatacji.

Przemiennik częstotliwości nie wymaga żadnej konserwacji. Kiedy jest on używany do sterowania silnikiem powoduje wydłużenie bezawaryjnego czasu pracy urządzeń wchodzących w skład danego układu np.: w sieci wodociągowej zdarzają się tzw. uderzenia wody spowodowane zanikiem zasilania i prowadzą one do uszkodzeń rur i innych urządzeń wodociągowych. Dzięki zastosowaniu przemienników podobne przypadki można wyeliminować.

Rys. 1. Rodzaje przemienników częstotliwości stosowanych w układach napędowych.

Przemiennik prądowy : CSI – inverter (falownik zasilany ze źródła prądowego)

Przemiennik napięciowy : PAM – inverter (falownik zasilany ze źródła napięciowego)

Przemiennik napięciowy : PWM/VVC – inverter (falownik zasilany ze źródła napięciowego)

Większość używanych w przemyśle przemienników częstotliwości jest projektowanych wg dwóch różnych zasad, rys. 1

- przemiennik częstotliwości bez obwodu pośredniego (znany też jako przemiennik bezpośredni),

- przemiennik częstotliwości ze zmiennym lub stałym napięciem/prądem obwodu pośredniego.

Przemienniki częstotliwości z obwodem pośrednim mają przynajmniej jeden obwód pośredni prądu stałego lub napięcia stałego i są nazywane odpowiednio przemiennikami z falownikami prądowymi lub falownikami napięciowymi. Obwód pośredni przemiennika daje pewną przewagę nad przemiennikiem bezpośrednim, taką jak:

- lepszą sterowność

- redukcję wyższych harmonicznych prądu w sieci zasilania

- żadnych ograniczeń odnośnie częstotliwości wyjściowej, jest ona ograniczona tylko poprzez elementy elektroniczne użyte w przemiennikach częstotliwości.

Przemienniki częstotliwości dla wysokich częstotliwości wyjściowych przeważnie są budowane z obwodem pośrednim.

Falowniki bez obwodu bezpośredniego są tańsze niż falowniki z obwodem pośrednim, wiąże się to ze zmniejszoną redukcją wyższych harmonicznych.

W większości przemienników częstotliwości zastosowany jest obwód pośredni napięcia stałego.

źródło :Dr inż. Jerzy Szymański , ELPOL Centrum Elektroniki i Automatyki Sp. z o.o. (www.elpol.biz)