W praktycznych zastosowaniach przetwornice częstotliwości zazwyczaj muszą być wyposażone w dławiki, filtry, rezystory hamulcowe i jednostki hamulcowe, aby zapewnić stabilność ich działania, wydłużyć żywotność sprzętu i skutecznie uniknąć negatywnego wpływu na sieć energetyczną i sprzęt. Poniżej przedstawiono funkcje każdego komponentu i ich przyczyny:

1. Reaktory
Reaktory są zazwyczaj dodawane do wejścia lub wyjścia przetwornicy częstotliwości. Ich główne funkcje to:

Zmniejsz harmoniczne i wahania prądu: przetwornice częstotliwości generują harmoniczne, zwłaszcza harmoniczne o niskiej częstotliwości (takie jak harmoniczne 5. i 7.). Harmoniczne te powodują wahania prądu, wpływają na pracę silnika i zwiększają obciążenie sieci energetycznej. Dławiki mogą skutecznie tłumić te harmoniczne i zmniejszać wpływ na sieć energetyczną i inne urządzenia.

Łagodne wahania prądu: dławiki mogą zmniejszyć wpływ częstotliwości przełączania przetwornicy częstotliwości na prąd, sprawić, że przebieg prądu będzie łagodniejszy i pomóc zredukować harmoniczne prądu w sieci energetycznej.

Ograniczenie przepięć i przetężeń: dławiki mogą w niektórych przypadkach ograniczyć występowanie przepięć lub przetężeń, chroniąc przetwornice częstotliwości i silniki przed uszkodzeniem.

Powody instalacji: ochrona urządzeń, redukcja wpływu harmonicznych na sieć energetyczną i urządzenia elektryczne oraz unikanie wahań wysokiej częstotliwości i problemów z przetężeniami.

2. Filtry
Filtry są zazwyczaj używane na wyjściu falownika. Ich funkcje to:

Wyeliminuj harmoniczne o wysokiej częstotliwości: Hałas przełączania o wysokiej częstotliwości generowany przez falownik może zakłócać pracę silnika i innych urządzeń elektrycznych. Filtr może poprawić stabilność systemu, filtrując szum o wysokiej częstotliwości.

Poprawa środowiska pracy silnika: Filtr może eliminować wpływ harmonicznych o wysokiej częstotliwości na silnik, zapobiegać takim problemom jak przegrzanie, wibracje i hałas silnika oraz poprawiać stabilność pracy silnika.

Redukcja zakłóceń elektromagnetycznych (EMI): Filtr może skutecznie redukować zakłócenia elektromagnetyczne, zapewniając zgodność sprzętu ze standardami kompatybilności elektromagnetycznej (EMC) oraz zapobiegając zakłócaniu normalnej pracy innego sprzętu elektronicznego.

Powody instalacji: zmniejszenie zakłóceń o wysokiej częstotliwości i harmonicznych, poprawa środowiska elektrycznego systemu oraz ochrona silnika i innego sprzętu przed zakłóceniami.

3. Rezystor hamowania
Rezystory hamowania są zazwyczaj używane w połączeniu z jednostkami hamulcowymi. Ich główne funkcje to:

Absorbuj energię regeneracyjną: Gdy silnik napędzany przez falownik zatrzyma się, bezwładność obrotowa silnika zamieni energię kinetyczną na energię elektryczną i przekaże ją z powrotem do falownika. Jeśli nie zostaną podjęte żadne środki, nadmierna energia regeneracyjna może spowodować, że napięcie magistrali DC będzie zbyt wysokie i uszkodzi falownik. Rezystor hamowania może pochłonąć tę nadmiarową energię i zamienić ją na energię cieplną, zapobiegając w ten sposób zbyt wysokiemu napięciu magistrali DC.
Poprawa efektu hamowania: W zastosowaniach z napędem silników o dużej prędkości rezystor hamowania może skutecznie pomóc silnikowi szybko zwolnić i zapobiec generowaniu przez silnik zbyt dużego prądu wstecznego z powodu bezwładności podczas zatrzymywania.
Powód instalacji: Absorbuje energię regeneracyjną silnika, aby zapewnić bezpieczną pracę falownika i silnika, szczególnie w zastosowaniach z częstym uruchamianiem i zatrzymywaniem.

4. Jednostka hamulcowa
Jednostka hamulcowa jest używana w połączeniu z rezystorem hamulcowym. Jest ona głównie odpowiedzialna za sterowanie i regulację pracy rezystora hamulcowego:

Kontrola napięcia magistrali DC: Gdy falownik pracuje, bezwładność silnika może podawać zbyt dużo energii z powrotem do magistrali DC, powodując wzrost napięcia magistrali. Funkcją jednostki hamowania jest monitorowanie napięcia magistrali DC. Gdy napięcie jest zbyt wysokie, automatycznie uruchamia rezystor hamowania, aby pochłonąć nadmiar energii, zapobiegając przekroczeniu standardu napięcia magistrali.
Szybkie hamowanie: Jednostka hamująca i rezystor współpracują ze sobą, umożliwiając falownikowi szybkie zużycie nadmiaru energii podczas zatrzymywania silnika lub zmiany kierunku hamowania, co skraca czas zatrzymania silnika i zwiększa wydajność układu sterowania.
Powody instalacji: kontrola przepływu zwrotnego energii regeneracyjnej, ochrona falownika przed nadmiernym napięciem oraz zapewnienie szybkiego i bezpiecznego hamowania silnika.

Streszczenie
W rzeczywistym zastosowaniu falownika instalacja dławików, filtrów, rezystorów hamowania i jednostek hamowania może:
Skutecznie tłumi harmoniczne, redukuje zakłócenia elektromagnetyczne i zapewnia stabilność urządzeń oraz sieci energetycznych.
Zwiększa wydajność i żywotność silnika oraz redukuje problemy takie jak przegrzewanie się silnika, hałas i wibracje spowodowane przez hałas o wysokiej częstotliwości.
Przetwarza energię regeneracyjną silnika, zapobiega zbyt wysokiemu napięciu magistrali DC falownika i zapewnia bezpieczną i stabilną pracę systemu.
Dlatego też rozsądna konfiguracja tych komponentów może znacząco poprawić wydajność falownika, zwiększyć bezpieczeństwo systemu i wydłużyć żywotność sprzętu.
W przypadku stosowania napędu o zmiennej częstotliwości (VFD) nie wszystkie aplikacje wymagają instalacji reaktorów, filtrów, rezystorów hamulcowych i jednostek hamulcowych. To, czy te komponenty muszą zostać zainstalowane, zależy od konkretnego środowiska aplikacji, wymagań systemowych i warunków pracy sprzętu. Oto kilka typowych powodów i scenariuszy dodawania tych komponentów:

1. Sytuacje, w których potrzebne są reaktory
Duże zanieczyszczenie sieci harmonicznymi: Kiedy falownik jest używany w środowisku, w którym warunki zasilania sieciowego są niestabilne lub sieć jest silnie zanieczyszczona harmonicznymi, dławik może pomóc zredukować harmoniczne generowane przez częstotliwość przełączania falownika, aby nie powodować większego zanieczyszczenia sieci.
Duża moc inwertera: Przy stosowaniu inwerterów dużej mocy, zwłaszcza powyżej 50 kW, dławiki mogą skutecznie redukować wahania prądu i zmniejszać wpływ na sieć i urządzenia.
Duże wahania napięcia sieciowego: Dławiki mogą tłumić wahania napięcia sieciowego, zapewniając prawidłową pracę falownika, zwłaszcza na obszarach, na których napięcie sieciowe jest niestabilne lub kruche.
Typowe zastosowania: falowniki z obciążeniami o dużej mocy, np. w elektrowniach, ciężkim sprzęcie i kopalniach; wymagane są ścisłe warunki pracy w sieciach przemysłowych.

2. Sytuacje, w których potrzebne są filtry
Problemy z hałasem o wysokiej częstotliwości w napędach silników: Hałas przełączania o wysokiej częstotliwości generowany przez falownik może powodować zakłócenia elektromagnetyczne (EMI) w silniku i otaczającym go sprzęcie elektronicznym. Jeśli Twoja aplikacja musi zmniejszyć zakłócenia elektromagnetyczne lub jeśli w pobliżu pracuje wrażliwy sprzęt elektroniczny (taki jak PLC, czujniki itp.), filtry są bardzo potrzebne.
Zgodność z wymogami kompatybilności elektromagnetycznej (EMC): Jeśli sprzęt musi spełniać rygorystyczne normy EMC, filtr może skutecznie zredukować zakłócenia promieniowania elektromagnetycznego i przewodnictwa, zapewniając zgodność sprzętu z krajowymi i międzynarodowymi normami kompatybilności elektromagnetycznej.
Poprawa pracy silnika: Jeśli falownik napędza silnik i występują problemy, takie jak przegrzanie silnika, zwiększony hałas lub wibracje, filtr może zredukować wpływ harmonicznych o wysokiej częstotliwości.
Typowe zastosowania: Zastosowania o ścisłych wymaganiach dotyczących zakłóceń elektromagnetycznych, takie jak produkcja o wysokiej precyzji, sprzęt laboratoryjny, sprzęt komunikacyjny, sprzęt medyczny itp.

3. Sytuacje, w których wymagane są rezystory hamulcowe
Częste wymagania dotyczące rozruchu/zatrzymania lub hamowania: W sytuacjach, w których wymagane jest częste uruchamianie i zatrzymywanie, energia regeneracyjna generowana przez silnik z powodu bezwładności może spowodować gwałtowny wzrost napięcia magistrali DC. W tym momencie potrzebny jest rezystor hamulca, aby pochłonąć tę część energii, aby zapobiec przekroczeniu standardu napięcia i zapewnić normalną pracę falownika.
Zastosowania o dużym obciążeniu i długotrwałej pracy: Jeśli obciążenie silnika jest duże i pracuje przez długi czas, zwłaszcza gdy silnik zwalnia lub zatrzymuje się, może generować dużą energię wsteczną. Rezystor hamulca może zapobiec generowaniu przez silnik nadmiernego napięcia z powodu bezwładności.
Zastosowania wymagające szybkiego wyłączenia lub zwolnienia obciążenia: Na przykład w zastosowaniach, takich jak przenośniki taśmowe i windy, które wymagają szybkiego wyłączenia, rezystory hamulcowe mogą przyspieszyć zwalnianie silnika i skrócić czas zatrzymania.
Typowe zastosowania: dźwigi, przenośniki taśmowe, maszyny tekstylne, windy, wentylatory i pompy, które szybko się uruchamiają i zatrzymują itp.
4. Sytuacje, w których wymagane są jednostki hamulcowe
Okazje, w których należy kontrolować energię regeneracyjną: Gdy silnik musi zostać użyty w przypadku szybkiego zatrzymania lub hamowania wstecznego, napięcie magistrali DC może być zbyt wysokie. Jednostka hamulcowa może monitorować i kontrolować to napięcie, aby upewnić się, że nie spowoduje ono uszkodzenia falownika.
Energia regeneracyjna przekazywana z powrotem przez silnik jest duża: W przypadku falowników dużej mocy, zwłaszcza przy obciążeniach o dużej bezwładności, takich jak wentylatory, pompy, ciężkie maszyny itp., energia regeneracyjna generowana przez bezwładność silnika jest duża. Jednostka hamulcowa jest używana razem z rezystorem hamulcowym, aby zapewnić, że energia regeneracyjna jest skutecznie absorbowana i uniknąć awarii spowodowanych przez nadmierne napięcie.
Praca przy dużym obciążeniu i wysokiej dynamice: Na przykład w sytuacjach, w których wymagane są częste zmiany prędkości (jak w przypadku wind i dźwigów), jednostka hamulcowa może pomóc szybko rozładować energię sprzężenia zwrotnego i chronić falownik oraz silnik.
Typowe zastosowania: układy napędowe o dużej dynamice reakcji, np. windy, dźwigi, przenośniki taśmowe, zautomatyzowane linie produkcyjne itp.

Streszczenie:
Komponenty te są zazwyczaj wymagane w następujących przypadkach:

Gdy jakość sieci jest słaba, harmoniczne są duże lub wahania napięcia są duże, należy zainstalować dławik w celu ochrony falownika i sieci.

Filtr należy zamontować, gdy obowiązują surowe wymagania dotyczące zakłóceń elektromagnetycznych (EMI) lub gdy konieczna jest poprawa płynności pracy silnika.
W zastosowaniach wymagających częstego uruchamiania/zatrzymywania lub szybkiego zwalniania konieczna jest instalacja rezystora hamulca i jednostki hamulcowej, które pomogą kontrolować energię zwrotną i zapewnią bezpieczną pracę falownika oraz silnika.
To, czy te komponenty muszą zostać zainstalowane, zależy od konkretnych potrzeb systemu, rodzaju obciążenia i środowiska pracy. W przypadku zastosowań o dużej mocy, częstym uruchamianiu/zatrzymywaniu lub ścisłych wymaganiach dotyczących środowiska elektrycznego, te dodatkowe komponenty są zazwyczaj brane pod uwagę.