Korzystając z podanego wzoru, określ jaką częstotliwość napięcia należy ustawić na falowniku, aby podłączony do niego silnik asynchroniczny o znamionowej prędkości obrotowej 2920 obr/min i znamionowej częstotliwości 50 Hz osiągnął prędkość obrotową 1460 obr/min.
Wzór: ns = 60 · fp
A. 50 Hz
B. 25 Hz
C. 100 Hz
D. 75 Hz
W tym zadaniu kluczowe jest zauważenie proporcji między częstotliwością zasilania a prędkością obrotową pola wirującego silnika. Z podanego wzoru $n_s=\frac{60\cdot f}{p}$ wynika, że przy tej samej liczbie par biegunów p prędkość synchroniczna jest wprost proporcjonalna do częstotliwości f. Silnik ma 2920 obr/min przy 50 Hz, a wymagane 1460 obr/min to dokładnie połowa tej prędkości. Dlatego częstotliwość też trzeba zmniejszyć o połowę: 50 Hz × 0,5 = 25 Hz. W praktyce falownik właśnie tak steruje prędkością silnika asynchronicznego, zmieniając częstotliwość napięcia wyjściowego, zwykle razem z wartością napięcia według charakterystyki U/f. Moim zdaniem warto tu pamiętać o poślizgu: silnik asynchroniczny nie kręci się idealnie z prędkością synchroniczną, dlatego 2920 obr/min przy 50 Hz odpowiada silnikowi dwubiegunowemu, którego prędkość synchroniczna wynosi około 3000 obr/min. Przy 25 Hz prędkość synchroniczna będzie około 1500 obr/min, a rzeczywista prędkość wirnika może być w okolicy 1460 obr/min, zależnie od obciążenia. Dobra praktyka branżowa to nie tylko wpisanie 25 Hz w falowniku, ale też sprawdzenie prądu silnika, rampy rozruchu i hamowania, chłodzenia przy małych obrotach oraz parametrów znamionowych z tabliczki silnika.
Błędne odpowiedzi zwykle wynikają z pomylenia zależności między częstotliwością a prędkością obrotową silnika asynchronicznego. W tym przypadku nie szukamy częstotliwości większej od znamionowej, bo wymagana prędkość 1460 obr/min jest mniejsza niż 2920 obr/min. Ustawienie 75 Hz albo 100 Hz spowodowałoby zwiększenie prędkości pola wirującego, czyli silnik próbowałby obracać się szybciej niż przy 50 Hz. Takie ustawienia bywają stosowane w napędach, ale tylko wtedy, gdy silnik i maszyna robocza są do tego przystosowane mechanicznie oraz cieplnie. Bez sprawdzenia danych katalogowych można łatwo przekroczyć dopuszczalną prędkość, pogorszyć chłodzenie albo doprowadzić do przeciążenia układu. Z kolei pozostawienie 50 Hz oznacza pracę z prędkością znamionową, czyli w przybliżeniu 2920 obr/min, a nie z prędkością o połowę mniejszą. Typowy błąd myślowy polega na tym, że ktoś patrzy tylko na liczby 2920 i 1460, ale nie łączy ich proporcjonalnie z częstotliwością falownika. Ponieważ liczba par biegunów p w tym samym silniku się nie zmienia, z zależności $n_s=\frac{60\cdot f}{p}$ wynika prosta zasada: jeśli chcemy uzyskać około połowę prędkości, zmniejszamy częstotliwość około o połowę. Trzeba też pamiętać, że wzór opisuje prędkość synchroniczną pola, a rzeczywisty wirnik silnika asynchronicznego ma poślizg. W praktyce jednak do wstępnego nastawienia falownika taka proporcja jest bardzo użyteczna i często stosowana w utrzymaniu ruchu oraz automatyce napędowej.