Τι είναι το κύκλωμα κίνησης vfd: η λειτουργία, οι τύποι και οι εφαρμογές του

Υπάρχουν πολλά εργοστάσια και εργοστάσια στον κόσμο που χρησιμοποιούν διαφορετικό τύπο κινητήρων υψηλής ισχύος. Λόγω της υψηλής κατανάλωσης ενέργειας, τα εργοστάσια και τα εργοστάσια καταλήγουν να πληρώνουν ένα μεγάλο ποσό λογαριασμών ενέργειας. Για να ξεπεραστεί η υψηλή κατανάλωση ενέργειας και να αυξηθεί η απόδοση, το VFD εισήχθη πριν από τέσσερις δεκαετίες, αλλά το κύκλωμα δεν ήταν αρκετά ισχυρό.

Το VFD είναι η σύντομη μορφή μιας μονάδας μεταβλητής συχνότητας ή μιας ρυθμιζόμενης μονάδας συχνότητας. Η συχνότητα καθορίζει το RPM του κινητήρα και ελέγχοντας τη συχνότητα AC το RPM του κινητήρα μπορεί να ελεγχθεί. Διαφορετικοί τύποι VFD είναι διαθέσιμοι στην αγορά ηλεκτρονικών και ηλεκτρικών συσκευών, που κυμαίνονται από μικρές εφαρμογές που σχετίζονται με κινητήρες έως κινητήρες επαγωγής υψηλής ισχύος. Εκτός από τα τριφασικά VFD, διατίθενται επίσης μονοφασικά VFD.

Κύκλωμα VFD και η λειτουργία του

Ένα κύκλωμα VFD αποτελείται από τρία μέρη.

1. Το τμήμα ανορθωτή

2. Το τμήμα φίλτρου

3. Το τμήμα εναλλαγής ή μετατροπέα.

Στην παρακάτω εικόνα εμφανίζονται οι τρεις ενότητες μέσα σε ένα διάγραμμα μπλοκ. Αυτό είναι ένα βασικό διάγραμμα κυκλωμάτων ενός τριφασικού VFD.

Τμήμα ανορθωτή του κυκλώματος VFD

Το τμήμα ανορθωτή χρησιμοποιεί 6 διόδους. Οι δίοδοι D1, D2 και D3 συνδέονται με τη θετική ράγα και η δίοδος D4, D5 και D6 συνδέονται με την αρνητική ράγα. Αυτές οι 6 δίοδοι δρουν ως γέφυρα διόδων που μετατρέπει το τριφασικό σήμα εναλλασσόμενου ρεύματος σε μονή ράγα DC. Τα τριφασικά R, B και Y συνδέονται κατά μήκος της διόδου. Ανάλογα με την πολικότητα του ημιτονοειδούς κύματος, οι δίοδοι προωθούνται προς τα εμπρός ή προς τα πίσω, παρέχοντας έτσι έναν θετικό παλμό ή έναν αρνητικό παλμό τόσο στη θετική όσο και στην αρνητική ράγα.

Για να μάθετε περισσότερα σχετικά με τον τρόπο λειτουργίας του ανορθωτή, απλώς ακολουθήστε τον σύνδεσμο.

Τμήμα φίλτρου του κυκλώματος VFD

Όπως γνωρίζουμε, οι τυπικές διόδους ανορθωτή μετατρέπουν μόνο το σήμα εναλλασσόμενου ρεύματος σε συνεχές ρεύμα, αλλά το σήμα εξόδου DC δεν είναι αρκετά ομαλό, επειδή υπάρχουν εξαρτώμενοι από τη συχνότητα κυματισμοί εναλλασσόμενου ρεύματος. Για να διορθώσετε την εναλλαγή εναλλασσόμενου ρεύματος και για να κάνετε μια ομαλή έξοδο DC υπάρχει η απαίτηση κάποιου είδους φίλτρων απόρριψης κυματισμού. Το βασικό στοιχείο του φίλτρου είναι η χρήση διαφορετικού τύπου μεγάλων πυκνωτών και επαγωγέων. Στην ενότητα φίλτρου, κυρίως ο πυκνωτής φιλτράρει την εναλλαγή AC και παρέχει ομαλή έξοδο DC.

Σε ορισμένες περιπτώσεις, χρησιμοποιούνται και άλλοι τύποι φίλτρων για τη μείωση των θορύβων και των αρμονικών AC.

Τμήμα εναλλαγής ή μετατροπέα του κυκλώματος VFD

Το τμήμα εναλλαγής ή μετατροπέα αναστρέφει το DC σε AC. Σε αυτήν την ενότητα, χρησιμοποιούνται διάφοροι τύποι ηλεκτρονικών διακοπτών, που κυμαίνονται από τρανζίστορ υψηλής ισχύος, IGBT ή MOSFET. Οι διακόπτες ενεργοποιούνται ή απενεργοποιούνται γρήγορα και το φορτίο λαμβάνει μια παλμική τάση που είναι πολύ παρόμοια με το AC. Η συχνότητα εξόδου είναι ανάλογη με το ρυθμό μεταγωγής. Ο υψηλός ρυθμός μεταγωγής παρέχει έξοδο υψηλής συχνότητας ενώ ο χαμηλός ρυθμός μεταγωγής παρέχει έξοδο χαμηλής συχνότητας.

Διαφορετικοί τύποι VFD

Ανάλογα με τον τρόπο με τον οποίο η VFD μετατρέπει την ισχύ AC σε DC και κάνει την διόρθωση, υπάρχουν και άλλοι τύποι VFD που διατίθενται στην αγορά.

Οι τρεις βασικοί τύποι VFD είναι οι VSI , CSI και PWM .

VSI τύπου VSI

Το VSI σημαίνει μετατροπέα πηγής τάσης. Αυτός είναι ο πιο κοινός τύπος προγράμματος οδήγησης μεταβλητής συχνότητας. Σε αυτόν τον τύπο VFD, χρησιμοποιείται μια απλή γέφυρα διόδων για τη μετατροπή του σήματος AC σε DC και ένας πυκνωτής χρησιμοποιείται για την αποθήκευση της ενέργειας. Ένα κύκλωμα εναλλαγής μετατροπέα χρησιμοποιεί την αποθηκευμένη ενέργεια στον πυκνωτή και παρέχει την έξοδο.

Πλεονέκτημα

1. Έχει καλό εύρος ταχύτητας.

2. Πολλαπλή εγκατάσταση ελέγχου κινητήρα. Πολλοί κινητήρες μπορούν να συνδεθούν με τον μοναδικό τύπο VSI VFD.

3. Απλός σχεδιασμός.

4. Είναι οικονομικά αποδοτικό από την πλευρά της παραγωγής και της εγκατάστασης.

Μειονεκτήματα

1.Due με βαρύνουσα επίδραση, το πρόσωπο του κινητήρα φορτίου σπασμωδικές κατά τη διάρκεια της κατάστασης εκκίνησης και τερματισμού.

2. Η έξοδος παρέχει διαφορετικούς τύπους αρμονικών και θορύβων.

3. Εάν η ταχύτητα του κινητήρα ελέγχεται ή η ταχύτητα μειώνεται, ο συνολικός συντελεστής ισχύος παρεμποδίζεται σε μεγάλο βαθμό, με αποτέλεσμα χαμηλό συντελεστή ισχύος.

CSF τύπου VFD

Το CSI σημαίνει τρέχοντα μετατροπέα πηγής. Οι VFD τύπου VSI έχουν σχεδιαστεί με τέτοιο τρόπο ώστε να παρέχουν ομαλή έξοδο τάσης ανάλογα με το εύρος μεταβλητών συχνοτήτων, αλλά σε VFD τύπου CSI η κατασκευή εξαρτάται από το ρεύμα αντί για την τάση. Επίσης, στην περίπτωση CSI, αντί του ανορθωτή γέφυρας διόδων, χρησιμοποιείται μετατροπέας γέφυρας SCR. Η ενέργεια εξόδου φιλτράρεται χρησιμοποιώντας επαγωγείς σειράς ως εναλλακτική λύση των πυκνωτών για ομαλή έξοδο ρεύματος. Οι τύποι CSF VFD δρουν το ίδιο σαν γεννήτρια σταθερού ρεύματος Αντί για ένα τετραγωνικό κύμα τάσης, οι CSF τύπου CSI είναι σε θέση να παρέχουν τετραγωνικό κύμα ρεύματος.

Πλεονέκτημα

1. Αξιόπιστο VFD τύπου VSI.

2. Υποστηρίξτε κινητήρες επαγωγής υψηλότερης ιπποδύναμης όπου το VSI δεν είναι κατάλληλη επιλογή.

3. Απλός σχεδιασμός.

4. Καλές δυνατότητες αναγέννησης.

Μειονεκτήματα

1. Ο συνολικός συντελεστής ισχύος είναι κακός, ειδικά σε χαμηλές στροφές.

2. Υπάρχει εφέ ψεκασμού και θα μπορούσε να δονήσει τον άξονα του κινητήρα κατά την εκτέλεση.

3. Δεν είναι κατάλληλο για λειτουργία πολλαπλών κινητήρων σε σχέση με το VSI.

VFD τύπου PWM

Πρόκειται για μια βελτιωμένη και τροποποιημένη έκδοση VFD τύπου VSI. Το PWM σημαίνει διαμόρφωση πλάτους παλμού. Χρησιμοποιώντας την τεχνική PWM, οι VFD είναι σε θέση να παρέχουν σταθερή έξοδο τάσης διατηρούμενη με λόγο συχνότητας. Η κατασκευή χρησιμοποιεί μια γέφυρα διόδων για να διορθώσει το σήμα AC σε σήμα DC. Το κύκλωμα μεταγωγής ελέγχει τον κύκλο λειτουργίας σε ένα εύρος μεταβλητών συχνοτήτων. Ένας πρόσθετος ρυθμιστής χρησιμοποιείται για τη ρύθμιση της εξόδου PWM για την παροχή σταθερής και κατάλληλης τάσης και ρεύματος στο φορτίο.

Πλεονέκτημα

1. Δεν υπάρχει αποτέλεσμα απόφραξης ή σπασμού.

2. Ευρύ φάσμα ταχύτητας και ελέγχου.

3. Περιέχουν διαφορετικούς τύπους κυκλωμάτων προστασίας.

4. Σταθερός συντελεστής ισχύος.

5. Δημιουργήστε πολύ υψηλή απόδοση.

6. Ενεργειακά αποδοτικό.

Μειονεκτήματα

1. Συγκρότημα στο σχεδιασμό.

2. Σύνθετο σε σχέση με την εφαρμογή.

3. Απαιτεί επιπλέον υλικό.

4. Ηχητική παραγωγή θορύβου στο κύκλωμα οδηγού.

5. Ψυχρή λύση.

Πώς να επιλέξω VFD για την εφαρμογή μου;

Για να επιλέξετε τα κατάλληλα VFD για μια συγκεκριμένη εφαρμογή, απαιτείται καλή κατανόηση του φορτίου. Διαφορετικοί τύποι κινητήρων παράγουν διαφορετικούς τύπους ροπής. Σε ορισμένες εφαρμογές απαιτείται σταθερή ροπή ενώ σε άλλες εφαρμογές η ροπή πρέπει να ελέγχεται. Επίσης, το φορτίο σε ολόκληρο τον κινητήρα είναι καθοριστικός παράγοντας των προδιαγραφών του κινητήρα, κυρίως της ισχύος

Για να επιλέξετε το κατάλληλο VFD για τη σωστή εφαρμογή, πρέπει να αξιολογήσουμε ή να εξετάσουμε τα ακόλουθα πράγματα.

1. Ιπποδύναμη του κινητήρα

2. Το κόστος

3. Το περιβάλλον λειτουργίας του VFD και των κινητήρων

4. Μονοφασική ή τριφασική

5. Μονό VFD με μοτέρ ή μονό VFD με πολλαπλούς κινητήρες

6. Πρόσθετες απαιτήσεις χαρακτηριστικών ελέγχου

Πλεονεκτήματα της VFD

Υπάρχουν πολλοί λόγοι για τους οποίους το VFD είναι μια δημοφιλής επιλογή για τον καταναλωτή όπου άλλοι ελεγκτές είναι άμεσα διαθέσιμοι. Ο πιο σημαντικός λόγος για τη δημοτικότητα του VFD είναι οι χαμηλές δυνατότητες κατανάλωσης ενέργειας και το αρχικό κόστος εγκατάστασης. Το VFD προσφέρει υψηλή αποδοτικότητα όσον αφορά την κατανάλωση ενέργειας εκτός από οποιεσδήποτε συσκευές ελεγκτή στο ίδιο τμήμα. Λόγω αυτού, στην περίπτωση μεγάλων εργοστασίων και εγκαταστάσεων όπου απαιτούνται μεγαλύτεροι κινητήρες ιπποδύναμης, η VFD προσφέρει χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, μειώνοντας έτσι το ποσό λογαριασμού ενέργειας και παρέχει ευκαιρίες εξοικονόμησης κόστους.

Το VFD περιορίζει το ρεύμα εισροής κατά την εκκίνηση και τη στάση του κινητήρα, γεγονός που μειώνει επίσης το φορτίο εισροής στη γραμμή τροφοδοσίας, καθώς και παρέχει περιθώριο ασφαλείας για τους δαπανηρούς κινητήρες.

Εκτός από τα παραπάνω πλεονεκτήματα, το VFD μπορεί να μειώσει το κόστος συντήρησης του συστήματος. Δεν απαιτούνται πρόσθετες δαπανηρές ηλεκτρικές συνδέσεις και χειριστήρια. Υπάρχουν επιλογές για τη σύνδεση πολλαπλών κινητήρων που μπορούν να ελεγχθούν χρησιμοποιώντας ένα ενιαίο VFD που μειώνουν περαιτέρω το πρόσθετο κόστος εγκατάστασης του συστήματος.

Μειονεκτήματα της VFD

Ωστόσο, παρά τα παραπάνω πλεονεκτήματα, υπάρχουν μερικά μειονεκτήματα που σχετίζονται επίσης με το σύστημα VFD. Το κύριο μειονέκτημα του συστήματος VFD είναι η αρχική επένδυση εγκατάστασης. Για ένα εργοστάσιο ή ένα εργοστάσιο όπου πολλοί κινητήρες υψηλής ιπποδύναμης πρέπει να ελέγχονται χρησιμοποιώντας VFD, απαιτεί υψηλές επενδύσεις.

Επίσης, το VFD προκαλεί θέρμανση κινητήρα και χρειάζεται ειδική κατασκευή κινητήρων. Η κατασκευή χρειάζεται ειδικούς τύπους μόνωσης κινητήρα, καθώς και οι κινητήρες πρέπει να καθοριστούν για εφαρμογές με ονομαστική αντιστροφέα.

Ένα άλλο σημαντικό μειονέκτημα του VFD είναι ότι η κύρια πηγή τροφοδοσίας είναι πολύ διαταραγμένη με παραμόρφωση, αρμονικές εγκοπής. Λόγω αυτού, οι άλλες συσκευές που είναι συνδεδεμένες στην ίδια γραμμή τροφοδοσίας παρεμποδίζονται επίσης κατά τη διάρκεια της λειτουργίας.

Ωστόσο, η πρόοδος της σύγχρονης βιομηχανίας ημιαγωγών έχει βελτιώσει σημαντικά την κατασκευή σύγχρονων συστημάτων VFD. Πριν από την εποχή της συσκευής στερεάς κατάστασης, τα περιστροφικά μηχανήματα είναι το κύριο συστατικό που χρησιμοποιείται για την κατασκευή των VFD. Στη σύγχρονη εποχή του μικροεπεξεργαστή, τα VFD είναι εξοπλισμένα με κάθε είδους προστασία, όπως η υπέρταση, η υπέρταση, η θερμική προστασία υπερφόρτωσης κ.λπ. με κατάλληλες εγκαταστάσεις ελέγχου. Η εφαρμογή Motor στον κλάδο ευθύνεται για το 25% της παγκόσμιας κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας, η οποία μπορεί να ελεγχθεί αποτελεσματικά χρησιμοποιώντας VFD.