درایو فرکانس: توضیحات و بررسی

2024 نویسنده: Aaron Duncan | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-01 20:07

کنترل VFD اجازه می دهد تا با استفاده از یک مبدل ویژه حالت های عملکرد موتور الکتریکی را به طور انعطاف پذیر تغییر دهید: شروع، توقف، شتاب، ترمز، تغییر سرعت چرخش.

تغییر فرکانس ولتاژ تغذیه منجر به تغییر در سرعت زاویه ای میدان مغناطیسی استاتور می شود. هنگامی که فرکانس کاهش می یابد، سرعت موتور کاهش می یابد و لغزش افزایش می یابد.

اصل عملکرد مبدل فرکانس درایو

عیب اصلی موتورهای ناهمزمان پیچیدگی کنترل سرعت به روش های سنتی است: با تغییر ولتاژ تغذیه و ایجاد مقاومت های اضافی در مدار سیم پیچ. کاملتر درایو فرکانس موتور الکتریکی است. تا همین اواخر، مبدل ها گران بودند، اما ظهور ترانزیستورهای IGBT و سیستم های کنترل ریزپردازنده به سازندگان خارجی اجازه ساخت دستگاه های مقرون به صرفه را داد. اکثراکنون مبدل های فرکانس ایستا عالی هستند.

سرعت زاویه ای میدان مغناطیسی استاتور ω₀ به نسبت فرکانس تغییر می کند ƒ_{1 طبق فرمول:}

ω₀=2π׃_1/p،

جایی که p تعداد جفت‌های قطب است.

این روش کنترل سرعت صاف را فراهم می کند. در این حالت، سرعت لغزش موتور افزایش نمی یابد.

برای به دست آوردن عملکرد انرژی بالای موتور - راندمان، ضریب توان و ظرفیت اضافه بار، همراه با فرکانس، ولتاژ تغذیه را با توجه به وابستگی های خاص تغییر دهید:

• گشتاور بار ثابت – U₁/ ƒ_1=Const;
• کاراکتر فن لحظه بارگذاری - U₁/ ƒ₁^2=const;
• گشتاور بار به طور معکوس متناسب با سرعت - U₁/√ ƒ_1=ثابت.

این توابع با استفاده از مبدلی اجرا می شوند که به طور همزمان فرکانس و ولتاژ استاتور موتور را تغییر می دهد. برق به دلیل تنظیم با استفاده از پارامتر تکنولوژیکی لازم ذخیره می شود: فشار پمپ، عملکرد فن، سرعت تغذیه دستگاه و غیره. در این حالت، پارامترها به آرامی تغییر می کنند.

روشهای کنترل فرکانس الکتروموتورهای آسنکرون و سنکرون

در یک درایو کنترل شده با فرکانس مبتنی بر موتورهای ناهمزمان با روتور قفس سنجابی، از دو روش کنترل استفاده می شود - اسکالر و برداری. در حالت اول، آنها به طور همزمان تغییر می کننددامنه و فرکانس ولتاژ تغذیه.

این برای حفظ عملکرد موتور، اغلب نسبت ثابت حداکثر گشتاور آن به لحظه مقاومت روی شفت، ضروری است. در نتیجه، راندمان و ضریب توان در کل محدوده چرخش بدون تغییر باقی می‌مانند.

تنظیم برداری شامل تغییر همزمان دامنه و فاز جریان در استاتور است.

درایو فرکانس موتور نوع سنکرون فقط در بارهای کوچک کار می کند که با رشد آنها بیش از مقادیر مجاز ممکن است سنکرونیسم شکسته شود.

مزایای درایو فرکانس

کنترل فرکانس طیف وسیعی از مزیت ها را نسبت به روش های دیگر دارد.

1. اتوماسیون موتور و فرآیندهای تولید.
2. استارت نرم که خطاهای معمولی را که در هنگام شتاب گیری موتور رخ می دهد حذف می کند. بهبود قابلیت اطمینان درایو فرکانس و تجهیزات با کاهش اضافه بار.
3. بهبود کلی اقتصاد و عملکرد رانش.
4. ایجاد سرعت ثابت موتور الکتریکی بدون توجه به ماهیت بار، که در هنگام گذرا مهم است. استفاده از بازخورد، حفظ سرعت موتور را تحت تأثیرات مختلف مزاحم، به ویژه تحت بارهای متغیر، ممکن می‌سازد.
5. مبدل‌هایبه راحتی در سیستم‌های فنی موجود بدون تغییر و توقف قابل توجه فرآیندهای فناوری ادغام می‌شوند. محدوده قدرت بزرگ است، اما با افزایش آنهاقیمت ها به طور قابل توجهی در حال افزایش است.
6. قابلیت کنار گذاشتن متغیرها، گیربکس ها، دریچه گاز و سایر تجهیزات کنترلی یا گسترش دامنه کاربرد آنها. این باعث صرفه جویی قابل توجه در انرژی می شود.
7. حذف اثرات مضر عوامل گذرا بر تجهیزات فرآیند، مانند چکش آب یا افزایش فشار سیال در خطوط لوله و در عین حال کاهش مصرف آن در شب.

عیوب

مانند همه اینورترها، chastotniki نیز منابع تداخل هستند. آنها باید فیلترها را نصب کنند.

هزینه برندها بالاست. با افزایش قدرت دستگاه ها به میزان قابل توجهی افزایش می یابد.

تنظیم فرکانس برای حمل مایعات

در تأسیساتی که آب و سایر مایعات پمپاژ می شود، کنترل جریان بیشتر با کمک شیرهای دروازه ای و شیرها انجام می شود. در حال حاضر، یک جهت امیدوارکننده استفاده از درایو فرکانس یک پمپ یا یک فن است که پره های آنها را به حرکت در می آورد.

استفاده از مبدل فرکانس به عنوان جایگزینی برای دریچه گاز باعث صرفه جویی در مصرف انرژی تا ۷۵٪ می شود. دریچه، مانع از جریان سیال، کار مفیدی انجام نمی دهد. در عین حال، اتلاف انرژی و ماده برای حمل و نقل آن افزایش می یابد.

درایو فرکانس امکان حفظ فشار ثابت در مصرف کننده را در هنگام تغییر جریان سیال فراهم می کند. از سنسور فشار، سیگنالی به درایو ارسال می شود که دور موتور را تغییر می دهد و در نتیجه آن را تنظیم می کندچرخش، حفظ نرخ جریان تنظیم شده.

واحدهای پمپاژ با تغییر عملکرد کنترل می شوند. مصرف برق پمپ بر حسب مکعب به عملکرد یا سرعت چرخش چرخ بستگی دارد. اگر سرعت 2 برابر کاهش یابد، عملکرد پمپ 8 برابر کاهش می یابد. وجود برنامه روزانه مصرف آب به شما امکان می دهد در صورت کنترل درایو فرکانس، صرفه جویی در انرژی را برای این دوره تعیین کنید. با توجه به آن امکان اتوماسیون ایستگاه پمپاژ و در نتیجه بهینه سازی فشار آب در شبکه ها وجود دارد.

راه اندازی سیستم های تهویه و تهویه مطبوع

حداکثر جریان هوا در سیستم های تهویه همیشه مورد نیاز نیست. شرایط عملیاتی ممکن است به کاهش عملکرد نیاز داشته باشد. به طور سنتی، زمانی که سرعت چرخ ثابت می ماند، از دریچه گاز برای این کار استفاده می شود. تغییر نرخ جریان هوا به دلیل درایو کنترل فرکانس، زمانی که شرایط فصلی و آب و هوایی تغییر می کند، آزاد شدن گرما، رطوبت، بخارات و گازهای مضر راحت تر است.

صرفه جویی در انرژی در سیستم های تهویه و تهویه مطبوع کمتر از ایستگاه های پمپاژ به دست نمی آید، زیرا مصرف انرژی چرخش شفت بر حسب مکعب وابستگی به دورها است.

دستگاه مبدل فرکانس

درایو فرکانس مدرن بر اساس طرح مبدل دوگانه مرتب شده است. این شامل یک یکسو کننده و یک اینورتر پالس با یک سیستم کنترل است.

بعد ازبا تصحیح ولتاژ شبکه، سیگنال توسط یک فیلتر صاف می شود و به یک اینورتر با شش کلید ترانزیستوری تغذیه می شود، جایی که هر یک از آنها به سیم پیچ های استاتور یک موتور الکتریکی ناهمزمان متصل می شوند. واحد سیگنال تصحیح شده را به سیگنال سه فاز با فرکانس و دامنه مورد نیاز تبدیل می کند. IGBT های قدرت در مراحل خروجی فرکانس سوئیچینگ بالایی دارند و موج مربعی واضح و بدون اعوجاج را ارائه می دهند. با توجه به خواص فیلتر کردن سیم پیچ های موتور، شکل منحنی جریان در خروجی آنها سینوسی باقی می ماند.

روشهای کنترل دامنه سیگنال

ولتاژ خروجی با دو روش تنظیم می شود:

1. دامنه - تغییر در مقدار ولتاژ.
2. مدولاسیون عرض پالس روشی برای تبدیل سیگنال پالسی است که در آن مدت زمان آن تغییر می کند، اما فرکانس بدون تغییر باقی می ماند. در اینجا قدرت به عرض پالس بستگی دارد.

روش دوم بیشتر در ارتباط با توسعه فناوری ریزپردازنده استفاده می شود. اینورترهای مدرن با استفاده از ترانزیستورهای خاموش کننده GTO یا IGBT ساخته می شوند.

قابلیت و کاربرد مبدل

درایو فرکانس امکانات زیادی دارد.

1. فرکانس ولتاژ تغذیه سه فاز را از صفر تا 400 هرتز تنظیم کنید.
2. شتاب یا کاهش سرعت موتور الکتریکی از 0.01 ثانیه. تا 50 دقیقه طبق یک قانون زمان معین (معمولاً خطی). در هنگام شتاب گیری، نه تنها کاهش، بلکه افزایش تا 150 درصد گشتاورهای دینامیکی و راه اندازی امکان پذیر است.
3. معکوس کردن موتور با حالت های داده شده ترمز و شتاب به میزان دلخواهسرعت در جهت دیگر.
4. اینورترها دارای حفاظت الکترونیکی قابل تنظیم در برابر اتصال کوتاه، اضافه بار، نشت زمین و خطوط باز موتور هستند.
5. نمایشگرهای دیجیتال مبدل ها داده ها را بر اساس پارامترهای خود نمایش می دهند: فرکانس، ولتاژ منبع تغذیه، سرعت، جریان و غیره.
6. ویژگی های V/f بسته به بارهای موتور مورد نیاز در مبدل ها تنظیم می شود. عملکرد سیستم های کنترل مبتنی بر آنها توسط کنترل کننده های داخلی ارائه می شود.
7. برای فرکانس های پایین، استفاده از کنترل برداری مهم است که به شما امکان می دهد با گشتاور کامل موتور کار کنید، سرعت ثابتی را هنگام تغییر بارها حفظ کنید و گشتاور روی شفت را کنترل کنید. درایو فرکانس متغیر با ورودی صحیح اطلاعات پاسپورت موتور و پس از آزمایش موفقیت آمیز به خوبی کار می کند. محصولات شناخته شده از HYUNDAI، Sanyu، و غیره.

حوزه های کاربرد مبدل ها به شرح زیر است:

• پمپ در سیستم های تامین گرما و آب گرم و سرد؛
• پمپ های دوغاب، ماسه و دوغاب غلیظ کننده ها؛
• سیستم های حمل و نقل: نوار نقاله، میزهای غلتکی و وسایل دیگر؛
• میکسر، آسیاب، سنگ شکن، اکسترودر، دیسپنسر، فیدر؛
• سانتریفیوژ;
• آسانسور;
• تجهیزات متالورژی؛
• تجهیزات حفاری؛
• درایوهای الکتریکی ماشین ابزار؛
• تجهیزات بیل مکانیکی و جرثقیل، مکانیزم های دستکاری.

سازندگان مبدل فرکانس، نظرات

تولید کننده داخلی از هم اکنون شروع به تولید محصولات مناسب برای کاربران از نظر کیفیت و قیمت کرده است. مزیت آن توانایی دریافت سریع دستگاه مناسب و همچنین مشاوره دقیق در مورد راه اندازی است.

شرکت "سیستم های موثر" محصولات سریال و دسته آزمایشی تجهیزات تولید می کند. محصولات برای مصارف خانگی، در مشاغل کوچک و در صنعت استفاده می شود. سازنده Vesper هفت سری مبدل تولید می کند که در میان آنها مبدل های چند منظوره مناسب برای اکثر مکانیزم های صنعتی وجود دارد.

شرکت دانمارکی Danfoss پیشرو در تولید chastotnikov است. محصولات آن در سیستم های تهویه، تهویه مطبوع، تامین آب و گرمایش استفاده می شود. شرکت فنلاندی Vacon که بخشی از شرکت دانمارکی است، طرح‌های مدولار تولید می‌کند که می‌توانید دستگاه‌های لازم را بدون قطعات غیر ضروری مونتاژ کنید که باعث صرفه‌جویی در قطعات می‌شود. همچنین مبدل های کنسرت بین المللی ABB که در صنعت و زندگی روزمره استفاده می شود، شناخته شده اند.

بر اساس بررسی‌ها، مبدل‌های داخلی ارزان را می‌توان برای حل مشکلات معمولی ساده استفاده کرد، در حالی که مبدل‌های پیچیده به برندی با تنظیمات بسیار بیشتر نیاز دارند.

نتیجه گیری

درایو فرکانس موتور الکتریکی را با تغییر فرکانس و دامنه ولتاژ تغذیه کنترل می کند و در عین حال از آن در برابر نقص محافظت می کند: اضافه بار، اتصال کوتاه، قطع شدن در شبکه تغذیه. چنین محرک های الکتریکی سه عملکرد اصلی را انجام می دهند:مربوط به شتاب، کاهش سرعت و سرعت موتور است. این کارایی تجهیزات را در بسیاری از زمینه‌های فناوری بهبود می‌بخشد.