Coraz więcej urządzeń wentylacji i klimatyzacji oferuje możliwość płynnej regulacji za pomocą falowników. W większości przypadków odbywa się to ze znacznymi oszczędnościami energetycznymi, ale nie zawsze. W niniejszym artykule omówiona została regulacja wydajności wentylatora przy pomocy przetwornicy częstotliwości na podstawie wentylatora trójfazowego napędzanego silnikiem konwencjonalnym (indukcyjnym klatkowym o budowie klasycznej: nieruchomy stojan, ruchomy wirnik). Przedstawione zostały wady i zalety stosowania przetwornic częstotliwości oraz podstawowe wskazówki doborowe i montażowe.

Na rynku funkcjonuje kilka pojęć używanych zamiennie: przetwornica częstotliwości, przemiennik częstotliwości i falownik. Używane są tożsamo i wzbudzają tym samym liczne dyskusje. Ze względu na ten fakt poniżej pokrótce opisano zastosowaną w artykule terminologię.

Falownik przetwarza napięcie/prąd stały na napięcie/prąd przemienny. Z kolei przetwornica (przemiennik) częstotliwości (rys.1) to urządzenie elektroniczne, składające się z kilku modułów.

Ze względu na rodzaj budowy wyróżniamy przetwornice:

• „„ bezpośrednie, tzw. cyklokonwertory,
• „„ pośrednie:
  - z regulowanym prądem/napięciem obwodu pośredniego i falownikiem prądu/napięcia,
  - ze stałą wartością napięcia/prądu obwodu pośredniego i falownikiem napięcia/prądu z modulacją szerokości impulsów.

Omawiane w artykule przetwornice posiadają w układzie falownik oraz dodatkowe bloki, np. prostownik i obwód pośredniczący z kondensatorem (dla falownika napięcia)1. Przekształcają ustalone napięcie i częstotliwość sieci zasilającej na napięcie zmienne z regulowaną częstotliwością. Instalowane są pomiędzy zasilającą siecią elektryczną i silnikiem. Pozwalają na płynną regulację i dostrajanie prędkości, zmieniając w ten sposób standardowe silniki z pojedynczym uzwojeniem w elastyczne systemy napędowe o zmiennej prędkości. (rys. 1).

Rys. 1. Przykładowe przetwornice częstotliwości

Regulacja wydajności wentylatora

Zmiana prędkości obrotowej wirnika jest najbardziej ekonomicznym sposobem regulacji wydajności. Pozwala na dokładne dopasowanie charakterystyki pracy wentylatora (rys. 2) do charakterystyki instalacji. Umożliwia taką nastawę punktu pracy wentylatora, aby spręż odpowiadał zapotrzebowaniu systemu do pokonania oporów powstających przy przetłaczaniu wymaganej ilości powietrza, co wpływa na efektywność energetyczną systemu.

Rys. 2. Charakterystyka przykładowego wentylatora

W wentylatorach trójfazowych napędzanych silnikami konwencjonalnymi (indukcyjnymi klatkowymi o budowie klasycznej: nieruchomy stojan, ruchomy wirnik) podstawowym sposobem regulacji prędkości obrotowej jest regulacja częstotliwościowa polegająca na zmianie parametrów napięcia zasilającego silnik.

Przy sterowaniu częstotliwościowym silnikiem indukcyjnym wykorzystuje się różnego rodzaju nadrzędne układy sterowania zobrazowane na rysunku 3.

Rys. 3. Podstawowe metody sterowania silnikiem asynchronicznym

Układy sterowania skalarnego określane są również jako układy sterowania zewnętrznego, natomiast układy sterowania wektorowego nazywane są także układami sterowania wewnętrznego. W układach sterowania skalarnego regulacji podlegają amplitudy i częstotliwości wybranych zmiennych, natomiast przy sterowaniu wektorowym dodatkowo dokonuje się regulacji fazy. Układy sterowania skalarnego są proste w realizacji, ale charakteryzują się gorszymi właściwościami w porównaniu z metodami sterowania wektorowego. (...)

Wady i zalety regulacji przetwornicą częstotliwości (...)

Dobór urządzeń (...)

Podstawowe wskazówki montażowe (...)

Podsumowanie

Prawidłowe zastosowanie falownika w układzie sterującym wentylatora pozwala na dokładne dopasowanie jego punktu pracy do wymagań oraz poprawną i skuteczną pracę całej instalacji.

Nowoczesne, wysokiej klasy przetwornice częstotliwości z regulowanym przyspieszeniem i czasem hamowania, zwiększaniem momentu, zintegrowanym elektronicznie zabezpieczeniem nadprądowym i regulatorami PID umożliwiają zaawansowaną regulację pracy systemu oraz jednoczesną kontrolę kilku parametrów w wentylowanym pomieszczeniu (np. temperatura, ciśnienie, wilgotność, skład chemiczny powietrza). Zdecydowanie szybsze i łatwiejsze staje się uruchomienie i efektywne energetycznie zestrojenie instalacji oraz jej późniejsze dopasowanie do zmiennych potrzeb.

LITERATURA

[1] Wytyczne w zakresie zabezpieczenia termicznego i regulacji wentylatorów Rosenberg.
[2] Materiały edukacyjne. Politechnika Gdańska. Katedra Automatyki Napędu Elektrycznego WeiA.
[3] Materiały edukacyjne. Politechnika Łódzka. Instytut Elektroenergetyki. Zakład Elektrowni.
[4] Zdjęcia. Aniro Grupa Handlowa Sp. z o.o.

---------------
¹ układ z dławikiem (dla falownika prądu) został pominięty za względu na rzadkie występowanie na rynku