Co to jest napęd o zmiennej częstotliwości (VFD) i zasada działania VFD

Co to jest napęd o zmiennej częstotliwości (VFD) i zasada działania VFD

Ważne jest, aby znać działanie VFD lub napędów o zmiennej częstotliwości (VFD), ponieważ są one szeroko stosowane w aplikacjach napędzanych silnikiem AC, takich jak przemiennik częstotliwości do sterowania silnikiem ze względu na ich różnorodne cechy.



Napędy o zmiennej częstotliwości

Napędy o zmiennej częstotliwości

W porównaniu z konwencjonalnymi napędami silnikowymi, VFD ma większą funkcjonalność i możliwości operacyjne. Oprócz regulowanej kontroli prędkości, przemienniki częstotliwości oferują zabezpieczenia, takie jak ochrona fazy, podnapięcia i przepięcia. Oprogramowanie i opcje interfejsów VFD pozwalają użytkownikowi sterować silnikami na żądanych poziomach.






Co to jest napęd o zmiennej częstotliwości (VFD)

Prędkość silnika prądu przemiennego jest kontrolowana na dwa sposoby - poprzez kontrolowanie napięcia lub częstotliwości. Sterowanie częstotliwością zapewnia lepszą kontrolę dzięki stałej gęstości strumienia niż sterowanie napięciem. Tu właśnie zaczyna działać praca VFD. Jest to urządzenie do konwersji mocy, które przekształca stałe napięcie, stałą częstotliwość mocy wejściowej na napięcie zmienne, wyjście o zmiennej częstotliwości do sterowania silnikami indukcyjnymi prądu przemiennego.

Składa się z urządzeń energoelektronicznych (takich jak IGBT, MOSFET), szybkiej centralnej jednostki sterującej (takiej jak mikroprocesor, DSP) oraz opcjonalnych czujników w zależności od zastosowanej aplikacji.



Większość zastosowań przemysłowych wymaga zmiennych prędkości w warunkach szczytowego obciążenia i stałych prędkości w normalnych warunkach pracy. Praca falowników w zamkniętej pętli utrzymuje prędkość silnika na stałym poziomie, nawet w przypadku zakłóceń na wejściu i na obciążeniu.

Działanie VFD

Dwie główne cechy przemiennika częstotliwości to regulowane prędkości i możliwości miękkiego startu / zatrzymania. Te dwie cechy sprawiają, że VFD jest potężnym kontrolerem do sterowania silnikami prądu przemiennego. VFD składa się głównie z czterech sekcji: prostownika, pośredniego obwodu DC, falownika i obwodu sterującego.


Działanie VFD

Działanie VFD

Prostownik:

Jest to pierwszy stopień napędu o zmiennej częstotliwości. Konwertuje prąd zmienny z sieci na prąd stały. Ta sekcja może być jednokierunkowa lub dwukierunkowa, w zależności od zastosowanej aplikacji, takiej jak czterokwadrantowa praca silnika. Wykorzystuje diody, SCR, tranzystory i inne elektroniczne urządzenia przełączające.

Jeśli używa diod, przekonwertowana moc DC jest niekontrolowaną mocą wyjściową podczas korzystania z SCR, moc wyjściowa DC jest zmieniana przez sterowanie bramką. Do konwersji trójfazowej wymaganych jest co najmniej sześć diod, więc prostownik jest traktowany jako przetwornik sześciu impulsów.

Szyna DC:

Prąd stały z sekcji prostownika jest doprowadzany do obwodu DC. Ta sekcja składa się z kondensatorów i cewek indukcyjnych, które wygładzają tętnienia i przechowują prąd stały. Główną funkcją łącza DC jest odbieranie, przechowywanie i dostarczanie prądu stałego.

Falownik:

Ta sekcja składa się z przełączników elektronicznych, takich jak tranzystory, tyrystory, IGBT itp. Odbiera prąd stały z łącza DC i zamienia na prąd przemienny, który jest dostarczany do silnika. To używa techniki modulacji lubić Modulacja szerokości impulsów do zmiany częstotliwości wyjściowej do sterowania prędkością silnika indukcyjnego.

Obwód sterowniczy:

Składa się z jednostki mikroprocesorowej i wykonuje różne funkcje, takie jak sterowanie, konfigurowanie ustawień napędu, stany błędów i interfejsowe protokoły komunikacyjne . Odbiera sygnał sprzężenia zwrotnego z silnika jako aktualną prędkość odniesienia i odpowiednio reguluje stosunek napięcia do częstotliwości w celu sterowania prędkością silnika.

Aplikacja do implementacji VFD

Aplikacja do implementacji VFD

Aplikacja do implementacji VFD

VFD można również zaimplementować za pomocą obwodu mikrokontrolera, który jest podany poniżej. Podobnie jak VFD, składa się również z sekcji prostownika, filtru, a następnie sekcji falownika. Tutaj sekcja falownika pobiera impulsy odpalania z zaprogramowanego mikrokontrolera, aby zapewnić zmienne napięcie i częstotliwość do obciążenia. Ten projekt nazywa się jednofazowym do konwertera trójfazowego wykorzystanie SVPWM do kontroli napięcia i częstotliwości prądu przemiennego w całym obciążeniu

Zastosowanie VFD

Aplikacja VFD jest sterowanie prędkością silnika prądu przemiennego za pomocą przetworników cyklicznych .

Moc z sieci zasilającej jest podawana do obwodu prostownika, który przekształca stały prąd zmienny w stały prąd stały. Przetworniki trójnożne składają się z dwóch diod połączonych równolegle dla każdej fazy tak, że jedna z diod przewodzi, gdy dana faza jest stosunkowo bardziej dodatnia lub ujemna.

Zastosowanie VFD

Zastosowanie VFD

Impulsowe napięcie stałe generowane z prostownika jest doprowadzane do obwodu obwodu pośredniego. Ten obwód pośredni zawiera cewki i kondensatory. Filtruje pulsujący prąd stały, zmniejszając zawartość tętnień i zapewnia moc prądu stałego na stałym poziomie.

Aby zapewnić zmienne napięcie i zmienną częstotliwość do silnika, prąd stały z obwodu DC powinien zostać przekształcony na zmienny prąd przemienny przez falownik. Falownik składa się z tranzystorów IGBT jako urządzeń przełączających sterowanych techniką PWM.

Podobnie jak w obwodzie prostownika, przełączniki inwertera również należą do dwóch grup, jako dodatnie i ujemne. IGBT po stronie dodatniej odpowiada za impuls dodatni, a tranzystor IGBT po stronie ujemnej za impuls ujemny na wyjściu falownika. Zatem uzyskana moc to prąd przemienny, który jest doprowadzany do silnika.

Zmienny okres przełączania reguluje jednocześnie napięcie i częstotliwość w falowniku. Nowoczesne VFD wykorzystuje najnowsze techniki sterowania, takie jak sterowanie skalarne, wektorowe i bezpośrednie sterowanie momentem obrotowym, aby sterować przełącznikami falownika w celu uzyskania zmiennej mocy.

Przebiegi wyjściowe VFD

Przebiegi wyjściowe VFD

Powyższy rysunek pokazuje, jak zmienia się napięcie i częstotliwość przez przemiennik częstotliwości. Na przykład zasilanie AC 480 V, 60 Hz jest stosowane do przetwornicy częstotliwości, która zmienia napięcie sygnału i częstotliwość, aby kontrolować prędkość.

Wraz ze spadkiem częstotliwości zmniejsza się również prędkość silnika. Na powyższym rysunku średnia moc przyłożona do silnika maleje, jednocześnie zmniejszając napięcie i częstotliwość, pod warunkiem, że stosunek tych dwóch parametrów jest stały.

Korzyści z VFD

VFD podłączony do silnika

VFD podłączony do silnika

Przemienniki częstotliwości nie tylko oferują regulowane prędkości dla dokładnych i precyzyjnych zastosowań sterowania, ale mają również więcej zalet w zakresie sterowania procesem i zachowanie energii . Niektóre z nich podano poniżej.

Oszczędzanie energii

Ponad 65% energii zużywają silniki elektryczne w przemyśle. Technika sterowania wielkością i częstotliwością w celu zmiany prędkości zużywa mniej energii, gdy silnik wymaga zmiennej prędkości. Tak więc duże ilości energii są oszczędzane przez te VFD.

Sterowanie w zamkniętej pętli

VFD umożliwia dokładne pozycjonowanie prędkości silnika poprzez ciągłe porównywanie z prędkością odniesienia, nawet przy zmianach warunków obciążenia i zakłóceniach wejściowych, takich jak wahania napięcia.

• Ogranicza prąd rozruchowy

Silnik indukcyjny pobiera prąd, który jest 6 do 8 razy większy niż prąd znamionowy podczas rozruchu. W porównaniu z konwencjonalnymi rozrusznikami, VFD daje lepsze wyniki, ponieważ dostarcza niską częstotliwość w momencie rozruchu. Ze względu na niską częstotliwość silnik pobiera mniej prądu, a prąd ten nigdy nie przekracza znamionowej wartości znamionowej zarówno podczas uruchamiania, jak i podczas pracy.

• Gładka operacja

Zapewnia płynną pracę podczas uruchamiania i zatrzymywania, a także zmniejsza obciążenia termiczne i mechaniczne silników i napędów pasowych.

Wysoki współczynnik mocy

Wbudowany obwód korekcji współczynnika mocy w obwodzie prądu stałego VFD zmniejsza potrzebę stosowania dodatkowych urządzeń do korekcji współczynnika mocy.

Współczynnik mocy silnika indukcyjnego jest bardzo niski, szczególnie w przypadku zastosowań bez obciążenia, podczas gdy przy pełnym obciążeniu wynosi od 0,88 do 0,9. Niski współczynnik mocy powoduje słabe wykorzystanie mocy z powodu dużych strat biernych.

Łatwa instalacja

Wstępnie zaprogramowane i fabrycznie okablowane VFD oferują łatwy sposób podłączenia i konserwacji.

Mam nadzieję, że w naszym artykule otrzymaliście dokładną i obszerną wiedzę na temat działania VFD. Dziękuję za poświęcenie cennego czasu. Mamy dla Ciebie proste zadanie - jakie są rodzaje VFD? Prosimy o udzielenie odpowiedzi w sekcji komentarzy poniżej. Jeśli masz jakieś pytania na ten temat lub elektryczne i projekty elektroniczne Możesz również podzielić się swoimi recenzjami i sugestiami dotyczącymi tego artykułu w sekcji komentarzy poniżej.

Kredyty fotograficzne

Napędy o zmiennej częstotliwości wg emainc

Podstawowe części VFD wg projekt maszyny

Działanie VFD wg cfnewsads

Przebiegi wyjściowe VFD wg vfds

VFD podłączony do silnika przez cfnewsads