135

Elektronika Praktyczna 7/2000

A U T O M A T Y K A

Jednym z†trudniejszych

do rozwi¹zania problemÛw,

wystÍpuj¹cych

w†systemach automatyki

by³a regulacja prÍdkoúci

obrotowej

zmiennopr¹dowych silnikÛw

elektrycznych. Lekarstwo

na te problemy znaleüli

elektronicy - dlatego teø

twierdzÍ, øe falowniki s¹

obok sterownikÛw PLC

i†pochodnych najbardziej

ìelektronicznymiî

urz¹dzeniami

w†automatyce.

Systemy regulacji prÍdkoúci obrotowej

i†momentu obrotowego silnikÛw zasilanych
napiÍciem przemiennym s¹ stosunkowo
m³ode - pierwsza generacja falowni-
kÛw (zwanych takøe przemienni-
kami czÍstotliwoúci lub inwerte-
rami) pojawi³a siÍ na rynku w†la-
tach '80. Obecnie, w†powszech-
nym uøyciu s¹ falowniki trzeciej
generacji, w†ktÛrych elementami
steruj¹cymi i†zarz¹dzaj¹cymi ich
prac¹ s¹ elementy pÛ³przewodni-
kowe.

Zasada dzia³ania falownika

wynika z†regu³ rz¹dz¹cych dzia-
³aniem asynchronicznych silni-
kÛw pr¹du zmiennego. Najpros-
tsz¹ metod¹ wp³ywania na ich
prÍdkoúÊ obrotow¹ jest modyfi-
kacja czÍstotliwoúci napiÍcia za-
silaj¹cego, a†to wymaga zastoso-
wania urz¹dzenia przetwarzaj¹-
cego standardowe napiÍcie sie-
ciowe na napiÍcie o†takiej samej
w a r t o ú c i , l e c z r e g u l o w a n e j
w†moøliwie szerokim zakresie
czÍstotliwoúci. Kszta³t napiÍcia
na wyjúciu falownika powinien
mieÊ kszta³t maksymalnie zbliøo-
ny do sinusoidy.

Na rys. 1 przedstawiamy

schemat blokowy typowego falownika trze-
ciej generacji, w†ktÛrym wyjúciowy sygna³
wytwarzany jest doskonale znan¹ elektro-
nikom metod¹ modulacji szerokoúci impul-
su PWM. Wykorzystywana jest zasada
uúredniania dostarczonej do uzwojeÒ silni-
ka energii elektrycznej.

CzÍstotliwoúÊ ìnoúnaî generowanego

przez falownik przebiegu sinusoidalnego
jest doúÊ wysoka (przynajmniej jak na stan-
dardy energetyczne) i†wynosi od 2†do ok.
20kHz. Im wiÍksza czÍstotliwoúÊ noúna zo-

stanie zaaplikowana, tym lepsz¹ rozdziel-
czoúÊ w†funkcji czasu ma odtwarzany na
wyjúciu sygna³ sinusoidalny. Przez to jego
odwzorowanie jest bardziej precyzyjne. Po-
niewaø oczekiwane maksymalne moce wyj-
úciowe falownikÛw s¹ bardzo duøe (nawet
do 300kW) jako elementy steruj¹ce na wyj-
úciach stosowane s¹ szybkie tranzystory mo-
cy MOSFET lub - jest nieco bardziej no-
woczesne rozwi¹zanie - tranzystory IGBT.

Rozwi¹zania konstrukcyjne falownikÛw,

wspÛ³czeúnie traktowane jako standardowe

Rys. 1.

Fot. 1.

136

A U T O M A T Y K A

Elektronika Praktyczna 7/2000

(trzecia generacja falownikÛw) nie s¹ po-
zbawione wad (np. brak moøliwoúci dobrej
regulacji prÍdkoúci obrotowej przy w†nis-
kich jej zakresach), ktÛrych usuniÍcie sta³o
siÍ moøliwe dopiero dziÍki zastosowaniu
zaawansowanych procesorÛw sygna³owych.
Na rynek stopniowo wkraczaj¹ rozwi¹zania
czwartej generacji, ktÛre oprÛcz p³ynnej re-
gulacji obrotÛw silnika niemal od zera po-
zwalaj¹ takøe zatrzymaÊ silnik i†precyzyjnie
podtrzymaÊ ten stan (z momentem docho-
dz¹cym do 150% momentu znamionowe-
go).

Co nieco z†oferty Omrona

WúrÛd falownikÛw produkowanych

przez firmÍ Omron dostÍpne s¹ zarÛwno
modele klasyczne (trzeciej generacji), jak

FOT1 - A1
FOT2 - C6
FOT3 - B5
FOT4 - B6

i†nowoczesne urz¹dzenia z†kont-
rol¹ wektora pola (czwartej gene-

racji).

Do pierwszej grupy

naleø¹ 3G3JV (fot. 1),
3G3EV (fot. 2) i†3G3HV,
natomiast nowoczeúniej-
sz¹ metodÍ regulacji
p r Í d k o ú c i o b r o t o w e j
wykorzystuj¹ falowniki
3 G 3 M V

( f o t .

3 )

i†3G3FV. Rozwi¹zania
k o n s t r u k c y j n e p o -
szczegÛlnych rodzin
falownikÛw optymali-
zuj¹ je do zastosowaÒ
w † p r o s t y c h s y s t e -
mach regulacji prÍd-
k o ú c i

o b r o t o w e j

( 3 G 3 E V i † 3 G 3 J V ) ,
w†systemach wyma-
gaj¹cych nieco wiÍk-
szych mocy wyjúcio-
wych i†lepszych (szybszych) algoryt-
mÛw regulacji obrotÛw (3G3MV),
oraz dla wymagaj¹cych aplikacji, do
wspÛ³pracy z†silnikami o†bardzo du-
øej mocy (3G3HV i†3G3FV).

Falowniki dostÍpne s¹ w†wers-

jach jedno lub trzyfazowych, o†mocy

wyjúciowej od 300VA do ok. 300kVA.
Wszystkie sterowniki s¹ wyposaøone w†pa-
nel operatorski, za pomoc¹ ktÛrego moøna
bardzo precyzyjne okreúliÊ robocze para-
metry pracy falownika. Opcjonalnie jest tak-
øe moøliwe korzystanie z†zewnÍtrznego pa-
nela (fot. 4), do³¹czanego do falownika po-
przez interfejs RS232 lub RS485. Ten sam
interfejs moøna wykorzystaÊ do
ustalania parametrÛw regulacji fa-
lownika z†PC, do czego s³uøy spe-
cjalny program narzÍdziowy SYS-
Drive Configurator.

Wymienione dotychczas cechy

naleø¹ do typowych we wspÛ³czes-
nych falownikach. Omron w†nie-
ktÛrych swoich opracowaniach
wprowadzi³ dwie istotne innowa-
cje:

✓

Wszystkie falowniki o†mocy
wyjúciowej powyøej 15kW wy-
posaøone zosta³y w†dwupo³Ûw-
kowe prostowniki wejúciowe,
dziÍki czemu liczba i†moc gene-
rowanych szkodliwych harmo-
nicznych jest stosunkowo ma³a
(s¹ to tzw. falowniki 12-pulso-
we),

✓

Falowniki 3G3HV wyposaøono
w†algorytm sterowania z†moøli-
woúci¹ oszczÍdzania energii.
W†przypadku, kiedy prÍdkoúÊ
obrotowa zadana przez uøytkow-
nika lub wynikaj¹ca z†nastaw
systemu regulacji jest mniejsza
od znamionowej, falownik samo-
czynnie obniøa amplitudÍ napiÍ-
cia wyjúciowego do takiej mini-
malnej wartoúci, ktÛra zapewnia
utrzymanie prÍdkoúci.

Tak wiÍc chyba przyznacie Drodzy Czy-

telnicy, øe falowniki s¹ rzeczywiúcie jed-
nymi z†najbardziej zelektronizowanych
urz¹dzeÒ w†systemach automatyki?
Tomasz Paszkiewicz

Artyku³ powsta³ w†oparciu o†materia-

³y firmy Omron, tel. [phone].

Na p³ycie CD-EP07/2000B w†katalogu

\Falowniki SYSDrive firmy Omron znaj-
duje siÍ zestaw interesuj¹cych materia³Ûw
informacyjnych i†katalogowych z†paramet-
ryczn¹ wyszukiwark¹ falownikÛw (rys. a
i†b).

Rys. a.

Rys. b.

Fot. 2.

Fot. 3.

Fot. 4.