Falownik do pomp hydroforowych i instalacji PV – zastosowanie, budowa i różnice

Falownik jest kluczowym elementem nowoczesnych instalacji z pompami hydroforowymi oraz coraz częściej także w układach fotowoltaicznych, gdzie odpowiada za przetwarzanie energii elektrycznej i dopasowanie jej parametrów do potrzeb odbiorników. W ofercie Dambat, pod markami IBO oraz IPRO, falownik stosowany jest głównie jako inteligentny sterownik pomp, utrzymujący zadane ciśnienie wody poprzez regulację prędkości obrotowej silnika i optymalne sterowanie pracą całego układu. Dla użytkownika końcowego oznacza to stabilne ciśnienie, większą żywotność pompy i oszczędności energii elektrycznej, natomiast dla elektryków – rozbudowany układ z możliwością konfiguracji parametrów pracy, takich jak napięcia zasilania falownika, wyjścia sterujące oraz funkcje zabezpieczeń.

Falowniki Dambat IBO i IPRO do pomp hydroforowych

Falowniki prądu stosowane w rozwiązaniach Dambat, takich jak serie IVR IBO czy sterowniki IPRO, są przeznaczone do współpracy z pompami głębinowymi, powierzchniowymi oraz hydroforowymi w instalacjach domowych i przemysłowych. Takie falowniki prądu przetwarzają energię z sieci na postać dopasowaną do silnika pompy, umożliwiając regulację częstotliwości i napięcia w funkcji aktualnego zapotrzebowania na wodę oraz warunków w instalacji. W typowej instalacji falowniki prądu współpracują z przetwornikiem ciśnienia, dzięki czemu działanie falownika pozwala utrzymać stałe ciśnienie wody przy zmieniającym się poborze, co jest szczególnie ważne przy zestawach hydroforowych i układach nawodnieniowych.

Falownik jednofazowy, typowy dla mniejszych instalacji domowych, pozwala zasilać jednofazowe pompy hydroforowe oraz powierzchniowe przy zachowaniu płynnej regulacji prędkości obrotowej i ochrony przed suchobiegiem, przeciążeniem oraz zbyt niskim lub wysokim napięciem. Falownik trójfazowy jest stosowany dla większych pomp głębinowych i zestawów o większej mocy, gdzie kluczowe jest pełne wykorzystanie możliwości silnika trójfazowego przy jednoczesnym ograniczeniu prądów rozruchowych, kontroli częstotliwości napięcia zasilania i stabilizacji prądu obciążenia. W wielu rozwiązaniach Dambat falownik trójfazowy umożliwia także pracę w grupach pomp, gdzie Stopień końcowy sterowania musi zapewnić odpowiednią wartość prądu dla każdej pompy w zależności od zapotrzebowania, jednocześnie nadzorując częstotliwość napięcia i parametry sieci.

Falownik do pomp a falownik fotowoltaiczny – podobieństwa i różnice

W warstwie elektrycznej falownik do pomp hydroforowych oraz falownik do instalacji fotowoltaicznej mają zbliżony schemat funkcjonalny: falowniki prądu przetwarzają energię z jednego rodzaju na inny, zwykle konwertując napięcie prądu stałego lub napięcie przemienne na parametry wyjściowe dopasowane do odbiornika. W obu rozwiązaniach kluczowe są napięcia falownika, a także napięcie prądu stałego w obwodzie DC, które powstaje dzięki sekcji prostowniczej i odpowiednio dobranemu Kondensatorowi wygładzającemu napięcie wyprostowane, zanim trafi ono do stopnia końcowego. Niezależnie od zastosowania, budowa falownika obejmuje też Stopień pośredni odpowiedzialny za magazynowanie energii w polu elektrycznym Kondensatora oraz kontrolę napięcia kondensatora, co pozwala stabilizować napięcia wejścia i napięcia zasilania falownika.

Falownik fotowoltaiczny jest projektowany głównie jako przemiennik napięcia i przemiennik częstotliwości dla źródeł napięcia stałego, który zamienia napięcie prądu stałego z modułów PV na napięcie przemienne o parametrach sieci, tak aby można było zasilić odbiory lub oddać energię do sieci elektroenergetycznej. W instalacjach Dambat falownik do pomp pełni funkcję bardziej zaawansowanego regulatora napędu – jest to w praktyce przemiennik częstotliwości zoptymalizowany pod kątem sterowania silnikami pomp, gdzie częstotliwość napięcia zasilania, amplituda napięcia falownika i wartość prądu są dynamicznie dostosowywane do wymaganego ciśnienia oraz przepływu. W układach PV falownik hybrydowy dodatkowo współpracuje z magazynami energii, wykorzystując źródła napięcia stałego w postaci paneli i akumulatorów, co odróżnia go od typowego falownika do pomp, który zwykle korzysta ze standardowego źródła zasilania sieciowego AC.

Budowa falownika – główne bloki i model działania

Typowy model budowy falownika obejmuje kilka podstawowych bloków: wejściowy prostownik, stopień pośredni z obwodem DC oraz stopień końcowy odpowiedzialny za generację napięcia wyjściowego o regulowanej częstotliwości i amplitudzie. Prostownik przekształca napięcie przemienne z sieci w napięcie prądu stałego, które następnie jest filtrowane i magazynowane przez Kondensator, tak aby otrzymać stabilne napięcie wyprostowane o odpowiednim poziomie. Wartość napięcia kondensatora jest monitorowana przez elektronikę sterującą, która na bieżąco kontroluje napięcia wejścia, napięcia zasilania falownika oraz źródła napięcia stałego, aby zapobiec przekroczeniu dopuszczalnych parametrów układu.

W Stopniu końcowym zastosowane są zwykle tranzystory końcowe falownika lub tyrystory wyłączane prądem, które w sposób szybki przełączają napięcie prądu w obwodach wyjściowych, generując modulowane napięcie przemienne o zadanych parametrach. W zależności od konstrukcji, Stopień końcowy może pracować jako klasyczny przemiennik napięcia z modulacją PWM, gdzie zmiana napięcia i częstotliwości pozwala regulować prąd obciążenia i prędkość silnika, albo jako bardziej złożony układ przekształtnikowy z funkcjami odzysku energii. W falownikach Dambat IBO i IPRO wykorzystywane są rozwiązania umożliwiające precyzyjną regulację mocy oraz parametrów pracy pomp, co ma bezpośredni wpływ na moc falownika oraz dopuszczalny zakres obciążeń przy różnych napięciach zasilania falownika.

Schemat falownika, zaciski i interfejsy pomiarowe

Przykładowy schemat falownika do pomp i instalacji przemysłowych pokazuje wyraźne rozdzielenie obwodów mocy i obwodów sterowania, w tym takie elementy jak falownik zaciski sterujące, wejście napięciowe, wejście prądowe oraz zacisk wspólny dla sygnałów cyfrowych. Schemat falownika zaciski obejmuje zwykle zaciski zasilania sieciowego, wyjścia silnikowe, wielofunkcyjne wejście cyfrowe, analogowe wejście napięciowe i analogowe wejście prądowe, co umożliwia integrację z czujnikami ciśnienia, przepływu czy zewnętrznymi sterownikami BMS. Tak skonfigurowany przemiennik częstotliwości umożliwia zdalne sterowanie, parametryzację i monitorowanie pracy pompy, co jest szczególnie ważne w rozbudowanych instalacjach hydroforowych i przeciwpożarowych.

Nowoczesne falowniki napięcia oferują również wyjście pomiarowe oraz analogowe wyjście pomiarowe do przekazywania informacji o ciśnieniu, częstotliwości, prądzie obciążenia i innych parametrach do systemów nadrzędnych, a także wyjście pomiarowe napięciowe, które może odzwierciedlać napięcie prądu stałego w obwodzie DC lub amplitudę napięcia falownika. Dostępne jest również wyjście przekaźnikowe lub wielofunkcyjne wyjście przekaźnikowe, które informuje o stanach pracy, alarmach oraz przekroczeniu zadanych progów, co pozwala na integrację z sygnalizacją, automatyką budynkową lub systemami bezpieczeństwa. W zależności od modeli falowników Dambat, funkcje falowników mogą obejmować także opóźnione załączanie pomp, automatyczne przełączanie między pompami oraz testowe uruchamianie po suchobiegu, co zwiększa niezawodność całej instalacji.

Parametry elektryczne: napięcia, prądy i moc falownika

Dobierając falownik do konkretnej pompy lub instalacji PV, należy zwrócić uwagę na kluczowe parametry elektryczne takie jak napięcia zasilania falownika, napięcie prądu stałego w obwodzie DC oraz napięcie przemienne na wyjściu, które musi być zgodne z wymaganiami silnika lub odbiorników. Zmiana napięcia i częstotliwości napięcia zasilania ma bezpośredni wpływ na wartość prądu i prąd obciążenia, dlatego moc falownika powinna być dobrana z zapasem względem mocy znamionowej silnika, z uwzględnieniem charakteru rozruchu, warunków chłodzenia oraz sposobu pracy pompy. W instalacjach z pompami hydroforowymi często przyjmuje się, że falownik powinien mieć nieco większą moc falownika niż moc silnika, aby uwzględnić przeciążenia chwilowe i specyfikę cyklicznej pracy przy utrzymywaniu stałego ciśnienia.

W układach fotowoltaicznych istotne jest również dopasowanie do źródeł napięcia stałego – napięcia wejścia wynikają z konfiguracji paneli, a falowniki napięcia muszą pracować w określonym zakresie napięć i prądów, aby efektywnie przetwarzać energię. Napięcie wyprostowane generowane przez prostownik oraz napięcie kondensatora w stopniu pośrednim determinują maksymalną amplitudę napięcia falownika na wyjściu, a tym samym zakres regulacji częstotliwości napięcia i dostępny moment obrotowy silnika. Przy doborze urządzenia źródło zasilania – niezależnie czy jest to sieć AC czy źródła napięcia stałego z paneli – powinno zapewniać stabilne napięcie prądu oraz wystarczającą rezerwę mocy, aby falowniki prądu mogły pracować w całym wymaganym zakresie obciążeń bez przekraczania dopuszczalnej wartości prądu.

Modele falowników Dambat, funkcje i zastosowania

Modele falowników Dambat z rodzin IBO i IPRO są projektowane z myślą o szerokim zakresie zastosowań, od domowych instalacji hydroforowych po układy przemysłowe i systemy nawadniania, w których wymagane jest precyzyjne sterowanie pracą pompy. Dostępne modele falowników pozwalają na obsługę pomp jednofazowych i trójfazowych w zakresie mocy od ułamków kW do kilku kW, co umożliwia konfigurację zarówno prostych zestawów z jedną pompą, jak i rozbudowanych układów z kilkoma stopniami tłoczenia oraz sterowaniem kaskadowym. W wielu zastosowaniach falownik jednofazowy stosowany jest w budynkach jednorodzinnych, natomiast Falownik trójfazowy montuje się w większych obiektach i instalacjach technologicznych, gdzie prąd stały pojawia się jedynie w obwodzie pośrednim, a po stronie zasilania i wyjścia wykorzystywane jest napięcie przemienne.

W rozwiązaniach z pompami głębinowymi oraz hydroforowymi szczególnie ważne są funkcje falowników odpowiadające za regulację ciśnienia, ochronę przed suchobiegiem, kontrolę temperatury silnika i nadzór nad częstotliwością napięcia oraz prądem obciążenia. W niektórych wariantach wykorzystywany jest także falownik hybrydowy, który łączy możliwość zasilania z sieci oraz z alternatywnych źródeł napięcia stałego, co może być przydatne w obiektach z własną instalacją PV oraz zestawem hydroforowym. Dzięki rozbudowanym funkcjom falowników możliwe jest ograniczenie uderzeń hydraulicznych, wydłużenie żywotności armatury oraz zmniejszenie zużycia energii, co przekłada się na stabilną i ekonomiczną pracę całego systemu wodnego.

Wejścia/wyjścia sterujące i integracja z automatyką

Nowoczesny falownik do pomp Dambat zapewnia bogaty zestaw interfejsów, obejmujący analogowe wejście napięciowe, analogowe wejście prądowe i wejście prądowe do podłączenia czujników ciśnienia, poziomu lub przepływu, co pozwala realizować zaawansowane algorytmy sterowania. Dodatkowo wielofunkcyjne wejście cyfrowe umożliwia podłączenie sygnałów start/stop, pracy ręcznej, trybów priorytetowych czy zewnętrznych blokad, przy czym falownik zaciski sterujące są wyraźnie oddzielone od obwodów mocy, co ułatwia projektowanie szaf sterowniczych i układów zabezpieczeń. Dzięki temu przemiennik częstotliwości może zostać łatwo zintegrowany z nadrzędnymi sterownikami PLC oraz systemami BMS, bez konieczności stosowania skomplikowanych układów pośrednich.

Po stronie wyjść, oprócz klasycznego wyjścia przekaźnikowego, dostępne może być wielofunkcyjne wyjście przekaźnikowe oraz wyjście wielofunkcyjne do sygnalizacji stanów awaryjnych, pracy w trybie automatycznym lub osiągnięcia zadanej wartości ciśnienia w instalacji. Analogowe wyjście pomiarowe oraz wyjście pomiarowe napięciowe pozwalają przekazywać informacje o parametrach takich jak częstotliwość napięcia, napięcie prądu lub prąd obciążenia do systemów monitoringu i rejestratorów, co ułatwia diagnozowanie usterek i optymalizację pracy układu. W efekcie funkcje falowników wykraczają poza zwykłą regulację obrotów, tworząc kompletny układ sterowania z możliwością zdalnego nadzoru, archiwizacji danych i dopasowania do zmiennych warunków eksploatacji.

Przykładowy schemat falownika w instalacji z pompą i PV

Przykładowy schemat falownika w zastosowaniu z pompą hydroforową zakłada, że napięcie przemienne z sieci trafia na Prostownik, gdzie przekształcane jest w napięcie prądu stałego, a następnie poprzez stopień pośredni z kondensatorami trafia do stopnia końcowego generującego regulowane napięcia falownika. W takim układzie napięcie wyprostowane oraz napięcie kondensatora są na bieżąco monitorowane, a zmiana napięcia i częstotliwości napięcia odbywa się w funkcji sygnałów z analogowego wejścia napięciowego lub analogowego wejścia prądowego, które reprezentują wartość prądu lub ciśnienia z czujników. Zacisk wspólny oraz falownik zaciski sterujące tworzą logiczną strukturę połączeń, gdzie wszystkie sygnały sterujące i pomiarowe są zorganizowane tak, aby maksymalnie ułatwić serwis i konfigurację.

W instalacji fotowoltaicznej przemiennik napięcia pełni funkcję przekształtnika, który przyjmuje napięcia wejścia ze źródeł napięcia stałego, takich jak moduły PV i magazyny energii, a następnie falowniki napięcia generują napięcie przemienne dopasowane do sieci, z określoną częstotliwością napięcia i amplitudą. W przypadku Falownik hybrydowy dodatkowo zarządza przepływem energii między źródłem zasilania z sieci, magazynem energii oraz odbiornikami, co wymaga precyzyjnej kontroli prądu obciążenia oraz ciągłej analizy wartości takich jak napięcie prądu czy wartość prądu ładowania i rozładowania magazynu. W praktyce działanie falownika trójfazowego w systemach PV i pomp jest zbliżone, jednak dostosowane do innych charakterystyk obciążeń – w jednym przypadku są to odbiorniki ogólne, w drugim silniki pomp o konkretnych krzywych charakterystyki.

Podsumowanie – kiedy wybrać konkretny typ falownika

W instalacjach z pompami hydroforowymi w budynkach mieszkalnych zazwyczaj wystarczy dobrze dobrany falownik jednofazowy, którego funkcje falowników skoncentrowane są na regulacji ciśnienia, ochronie silnika i prostym sterowaniu start/stop, przy zachowaniu kompatybilności z typowymi źródłami zasilania. W większych obiektach, zakładach przemysłowych lub układach z kilkoma pompami, Falownik trójfazowy o odpowiednio dobranej mocy falownika i zaawansowanych możliwościach konfiguracyjnych zapewni lepszą kontrolę prądu obciążenia oraz mniejsze straty energii przy pracy ciągłej. W systemach PV, szczególnie z magazynem energii, kluczową rolę pełni falownik hybrydowy oraz dedykowane falowniki prądu i falowniki napięcia, które odpowiadają za efektywne przetwarzanie energii z prądu stałego na napięcie przemienne w zgodzie z wymaganiami sieci i odbiorników.

Dobór konkretnego urządzenia powinien zawsze uwzględniać budowę falownika, model budowy falownika wskazany przez producenta oraz szczegółowy przykładowy schemat falownika wraz z opisem zacisków i interfejsów, dzięki czemu elektryk z uprawnieniami SEP może prawidłowo skonfigurować wielofunkcyjne wejście cyfrowe, wejście napięciowe i wejście prądowe. Ważne jest również, aby analizować parametry takie jak napięcia zasilania falownika, częstotliwość napięcia, napięcie prądu stałego w obwodzie pośrednim, a także dostępne wyjście pomiarowe, wyjście przekaźnikowe oraz analogowe wyjście pomiarowe, co pozwala na pełną integrację z automatyką i systemami monitoringu. Wybierając rozwiązania Dambat, instalator zyskuje wsparcie dokumentacyjne i instrukcje, które szczegółowo opisują działanie falownika, schemat falownika zaciski oraz wszystkie funkcje falowników dla pomp hydroforowych i innych zastosowań.