Jacek Bronk

Bollin Joanna

Kolaska Marcin

Modułowy 3-fazowy falownik napięcia

1. Wstęp

Falownik jest to urządzenie elektryczne zamieniające prąd stały, którym jest zasilane, na prąd przemienny o regulowanej częstotliwości wyjściowej. Jeśli w falowniku zastosuje się modulację szerokości impulsów oznaczaną w języku polskim skrótem MSI a w języku angielskim PWM (Pulse Width Modulation) to równocześnie ze zmianą częstotliwości można regulować wartość napięcia wyjściowego.

Falowniki służą głównie do regulacji prędkości obrotowej silników elektrycznych prądu przemiennego. Mają obecnie bardzo szerokie zastosowanie w budowie maszyn, pozwalając m.in. na łagodny rozruch ciężkich maszyn lub na dostosowywanie wydajności maszyn do pozostałych urządzeń w linii produkcyjnej. Także chętnie stosowane w urządzeniach AGD np. do zmiany prędkości obrotowej bębna pralki podczas prania i wirowania. Oprócz tego falowniki stanowią element składowy niektórych zasilaczy impulsowych.

Dawniej stosowane były falowniki tyrystorowe. W chwili obecnej falowniki budowane są przy wykorzystaniu tranzystorów IGBT lub tranzystorów polowych.

W zależności od rodzaju źródła zasilania falownika wyróżnia się:

• falowniki napięcia - zasilane ze źródła napięciowego - na wejściu falownika jest kondensator ew. bateria kondensatorów o dużej pojemności,

• falowniki prądu - zasilane ze źródła prądowego - na wejściu falownika prądu jest dławik.

Falowniki zasilane są często z sieci prądu przemiennego przez niesterowany prostownik diodowy lub sterowany prostownik tyrystorowy ew. prostownik tranzystorowy. Taki układ, czyli prostownik + falownik + obwód pośredniczący z kondensatorem (dla falownika napięcia) lub dławikiem (dla falownika prądu), nazywany jest przetwornicą częstotliwości, inwerterem (inwertorem).

Cytat za Wikipedia.org

Każdy element falownika przewodzi przez pól okresu. Jednocześnie przewodzą trzy elementy. Dwa elementy są załączone z opóźnieniem względem pierwszego o kąt 120 i 240. Zmiana kierunku wirowania silnika indukcyjnego realizowana jest poprzez zmianę kolejności załączania elementów sterowanych. Aby regulować wartość skuteczną napięcia wyjściowego należy zmienić napięcie zasilające falownik. Dlatego falowniki zasilane są poprzez prostowniki sterowane. Napięcie wyjściowe tych falowników charakteryzuje się dużą zawartością harmonicznych. Napięcie wyjściowe falownika PWM (modulacja szerokości impulsu) ma postać ciągłych impulsów prostokątnych o tej samej amplitudzie i zmiennej szerokości impulsu. Regulacja wartości skutecznej falownika PWM - następuje w samym falowniku poprzez zmianę amplitudy sygnału sterującego. Kondensator w falownikach stosuje się ze względu na to, żeby zbliżyć źródła zasilania do źródła idealnego. Wyższe harmoniczne związane są z wyższymi częstotliwościami co za tym idzie pogorszeniem sprawności układu. W układzie falownika PWM kształt prądów falownika może odbiegać od przebiegu sinusoidalnego jeżeli falownik nie zawiera sprzężeń zwrotnych.

2. Schemat stanowiska pomiarowego:

3. Tabela wartości pomiarowych:

U	Umin	Imin	Umax	Imax	Tmax
[V]	[V]	[A]	[V]	[A]	[ns]
25	19	0,21	19	0,12	3,8
20	15	0,16	15	1,5	2,4
15	10,5	0,12	10,5	1,5	1,8

Umin, Imin - Wartośći napięcia i prądu dla minimalnej płynnej pracy silnika przy napięciu U.

Umax, Imax - Wartości napięcia i prądu maksymalnej ciągłej pracy silnika przy napięciu U.

Tmax - maksymalny okres fali prostokątnej na bramce sterującej przy prędkościach maksymalnej ciągłej pracy silnika.

4. Wykres




Wnioski:

1. Falownik nadaje sie do regulacji prędkości obrotowej silnika elektrycznego

2. Pomiar okresu prostokątnej fali sterującej na oscyloskopie dla wartosci maksymalnych obarczony jest błędem ze względu na zbyt nistkie czestotliwości, trudne do rejestracji za pomocą oscyloskopu na stanowisku labolatoryjnym

3. Prawidlowy pomiar okresu prostokątnej fali sterującej dla wartosci minimalnych okazał sie dla nas niemożliwy ze względu na parametry oscyloskopu.

4. Umax wzrasta wraz z prądem zasilania.

5. Ze wzrostem okresu fali sterujacej prostokątnej na bramce wzrasta prędkość kątowa na wale silnika.

---