Mi a vfd meghajtó áramkör: működése, típusai és alkalmazásai

A világon sok olyan gyár és üzem működik, amelyek más típusú nagy teljesítményű motorokat használnak. A nagy energiafogyasztás miatt a gyárak és üzemek végül nagy mennyiségű energiaszámlát fizetnek. A nagy energiafogyasztás leküzdése és a hatékonyság növelése érdekében a VFD-t négy évtizeddel ezelőtt vezették be, de az áramkör nem volt elég erős.

A VFD a változó frekvenciás vagy állítható frekvenciaváltó rövid formája. A frekvencia határozza meg a motor fordulatszámát, és az AC frekvencia vezérlésével a motor fordulatszáma szabályozható. Különböző típusú VFD-k állnak rendelkezésre az elektronikai és az elektromos piacon, a kis motorokkal kapcsolatos alkalmazásoktól kezdve a nagy teljesítményű indukciós motorokig. A háromfázisú VFD-k kivételével egyfázisú VFD-k is rendelkezésre állnak.

VFD áramkör és működése

A VFD áramkör három részből áll.

1. Az egyenirányító szakasz

2. A szűrő szakasz

3. A kapcsoló vagy inverter szakasz.

Az alábbi képen a három szakasz egy blokkdiagramon belül látható. Ez egy háromfázisú VFD áramköri alapdiagramja.

A VFD áramkör egyenirányító szakasza

az egyenirányító szakasz 6 diódát használ. A D1, D2 és D3 diódák a pozitív sínnel, a D4, D5 és D6 diódák pedig a negatív sínnel vannak összekötve. Ez a 6 dióda diódahidaként működik, amely a háromfázisú váltakozó áramú jelet egyetlen egyenárammá alakítja. A háromfázisú R, B és Y a diódán keresztül csatlakozik. A szinuszos hullám polaritásától függően a diódák előfeszítetten vagy ellentétesen torzulnak, így pozitív vagy negatív impulzust biztosítanak mind pozitív, mind negatív sínben.

Ha többet szeretne megtudni az egyenirányító működéséről, kövesse a linket.

A VFD áramkör szűrőszekciója

Mint tudjuk, a szokásos egyenirányító diódák csak az AC jelet alakítják DC-vé, de a kimeneti DC jel nem elég sima, mert vannak frekvenciafüggő AC hullámai is. Az AC hullámosságának kijavításához és egyenletes DC kimenethez valamilyen hullámzás-visszautasító szűrőre van szükség. A szűrő alapkomponense a különböző típusú nagy kondenzátorok és induktivitások használata. A szűrőrészben főként a kondenzátor kiszűri az AC hullámzását és egyenletes kimenetet biztosít.

Bizonyos esetekben más típusú szűrőket is használnak a bemenő AC zajok és harmonikusok csökkentésére.

VFD áramkör kapcsoló vagy inverter szakasza

A kapcsoló vagy inverter szakasz invertálja a DC-t váltóáramra. Ebben a részben különféle típusú elektronikus kapcsolókat használnak, a nagy teljesítményű tranzisztoroktól, az IGBT-től vagy a MOSFET-től kezdve. A kapcsolókat gyorsan be- vagy kikapcsolják, és a terhelés olyan pulzáló feszültséget kap, amely nagyon hasonló az AC-hez. A kimeneti frekvencia arányos a kapcsolási sebességgel. A magas kapcsolási sebesség magas frekvenciájú kimenetet, míg az alacsony kapcsolási sebesség alacsony frekvenciájú kimenetet biztosít.

Különböző típusú VFD

Attól függően, hogy a VFD hogyan alakítja az AC tápfeszültséget egyenárammá és hogyan javítja az egyenirányítást, más típusú VFD-k is elérhetők a piacon.

A VFD fő három típusa a VSI , a CSI és a PWM .

VSI típusú VFD-k

A VSI a feszültségforrás inverterét jelenti. Ez a leggyakoribb változó frekvenciájú meghajtó. Az ilyen típusú VFD-knél egy egyszerű diódahidat használnak az AC jel egyenárammá alakítására, és kondenzátort használnak az energia tárolására. Az inverter kapcsoló áramköre felhasználja a kondenzátorban tárolt energiát és biztosítja a kimenetet.

Előny

1. Jó sebességtartománya van.

2. Többszörös motorvezérlő berendezés. Több motor csatlakoztatható az egyetlen VSI típusú VFD-hez.

3. Egyszerű kialakítás.

4. A gyártás és a telepítés szempontjából költséghatékony.

Hátrányok

1. Az átfogó hatás miatt a teher motorja megrándul az indítási és leállási helyzet során.

2. A kimenet különböző típusú harmonikusokat és zajokat biztosít.

3. Ha a motor fordulatszámát szabályozzák, vagy csökkentik a fordulatszámot, akkor a teljes teljesítménytényezőt nagyrészt akadályozzák, ami gyenge teljesítménytényezőt eredményez.

CSI típusú VFD-k

A CSI az áramforrás inverterét jelenti. A VSI típusú VFD-k úgy vannak megtervezve, hogy egyenletes feszültségkimenetet biztosítsanak a változó frekvenciatartománytól függően, CSI típusú VFD-kben azonban a konstrukció az áramtól függ a feszültség helyett. Ezenkívül a CSI esetében a diódahíd-egyenirányító helyett SCR-híd konvertert használnak. A kimenő energiát soros induktorok segítségével szűrjük a kondenzátorok alternatívájaként az egyenletes áram kimenetéhez. A CSI típusú VFD-k ugyanúgy működnek, mint az állandó áramgenerátor. A négyzetes feszültséghullám helyett a CSI típusú VFD-k képesek az áram négyzethullámát szolgáltatni.

Előny

1. Akkor megbízható VSI típusú VFD-k.

2. Támogassa a nagyobb teljesítményű indukciós motorokat, ahol a VSI nem megfelelő választás.

3. Egyszerű kialakítás.

4. Jó regenerációs képességek.

Hátrányok

1. Az általános teljesítménytényező gyenge, különösen alacsony fordulatszám mellett.

2. A dugulás hatása fennáll, és futás közben vibrálhatja a motor tengelyét.

3. A VSI vonatkozásában nem alkalmas többmotoros üzemre.

PWM típusú VFD-k

Ez a VSI típusú VFD-k továbbfejlesztett és módosított változata. A PWM az impulzusszélesség modulációt jelenti. A PWM technika alkalmazásával a VFD-k képesek stabil feszültségkimenetet biztosítani, amelyet frekvenciaarány mellett tartanak fenn. A konstrukció diódahíd segítségével egyenirányítja az AC jelet egyenárammá. A kapcsolóáramkör váltakozó frekvenciatartományban vezérli az üzemi ciklust. Egy további szabályozót használnak a PWM kimenet szabályozására, hogy stabil és megfelelő feszültséget és áramot biztosítsanak a terheléshez.

Előny

1. Nincs eltömődés vagy rángatózó hatás.

2. Széles sebesség és szabályozási tartomány.

3. Különböző típusú védelmi áramkörökből áll.

4. Állandó teljesítménytényező.

5. Indítson el nagyon nagy hatékonyságot.

6. Energiatakarékos.

Hátrányok

1. Komplex a tervezéshez.

2.Bonyolult a megvalósítás tekintetében.

3. További hardvert igényel.

4. Hallható zajkeltés a meghajtó áramkörében.

5. Költséges megoldás.

Hogyan válasszam ki a VFD-t az alkalmazásomhoz?

Egy adott alkalmazáshoz a megfelelő VFD kiválasztásához a terhelés alapos ismerete szükséges. Különböző típusú motorok különböző típusú nyomatékot produkálnak. Egyes alkalmazásokban állandó nyomatékra van szükség, míg más alkalmazásokban a nyomatékot kell szabályozni. A motorra eső terhelés is meghatározó tényező a motor specifikációjában, főleg a Teljesítmény névleges értéke.

A megfelelő alkalmazáshoz a megfelelő VFD kiválasztásához értékelnünk kell vagy figyelembe kell vennünk a következő dolgokat.

1. A motor lóereje

2. A költség

3. A VFD és a motorok működési környezete

4. Egyfázisú vagy háromfázisú

5. Egyetlen VFD egy motorral vagy egyetlen VFD több motorral

6. További vezérlési jellemzőkre vonatkozó követelmények

A VFD előnyei

Számos oka van annak, hogy a VFD népszerű választás a fogyasztók számára, ahol más vezérlők könnyen elérhetőek. A VFD népszerűségének legfontosabb oka az alacsony energiafogyasztási képesség és a kezdeti beállítási költség. A VFD az energiafogyasztás szempontjából nagy hatékonyságot kínál, mint az ugyanabban a szegmensben lévő vezérlőeszközök. Emiatt a nagy gyárak és üzemek esetében, ahol nagyobb lóerős motorokra van szükség, a VFD alacsony energiafogyasztást kínál, ezzel csökkentve az energiaszámla összegét, és költségmegtakarítási lehetőségeket kínál.

A VFD korlátozza a bekapcsolási áramot a motor indításakor és leállításakor, ami szintén csökkenti a betáplálási terhelést a tápvezetéken, valamint biztonsági tartalékot biztosít a költséges motorok számára.

A fenti előnyökön kívül a VFD csökkentheti a rendszer karbantartási költségeit. Nincs szükség további költséges elektromos csatlakoztatásra és vezérlési műveletekre. Lehetőség van több motor csatlakoztatására, amelyek egyetlen VFD segítségével vezérelhetők, ami tovább csökkenti a rendszerbeállítás további költségeit.

A VFD hátrányai

A fenti előnyök ellenére azonban van néhány hátrány is a VFD rendszerrel kapcsolatban. A VFD rendszer elsődleges hátránya a kezdeti telepítési beruházás. Egy olyan gyár vagy üzem számára, ahol több nagy lóerős motort kell vezérelni VFD-k segítségével, nagy beruházásokat igényel.

Ezenkívül a VFD motorfűtést okoz, és speciális motorszerkezetet igényel. A konstrukcióhoz speciális típusú motorszigetelésekre van szükség, valamint meg kell adni a motorokat az inverteres besorolású alkalmazásokhoz.

A VFD másik fő hátránya, hogy a fő tápvezetéket torzítás, vonalhasáboló harmonikusok erősen megzavarják. Ennek következtében az ugyanabba az áramvezetékbe csatlakoztatott többi eszköz is akadályozva van az üzem közben.

A modern félvezetőipar fejlődése azonban nagymértékben javította a modern VFD rendszerek felépítését. A szilárdtestalapú készülékek korszaka előtt a VFD-k gyártásához használt fő alkatrészek a forgó gépek. A modern mikroprocesszoros korszakban a VFD-k mindenféle védelemmel vannak ellátva, például alul-, túlfeszültség, termikus túlterhelés elleni védelem stb. Az ipari motoralkalmazás felelős a világ elektromos energiafogyasztásának 25% -áért, amelyet VFD-k segítségével hatékonyan lehet szabályozni.