Co je obvod pohonu vfd: jeho provoz, typy a aplikace

Na světě existuje spousta továren a závodů, které používají jiný typ vysoce výkonných motorů. Kvůli vysoké spotřebě energie továrny a závody nakonec platí vysoké částky za energie. Aby bylo možné překonat vysokou spotřebu energie a zvýšit účinnost, bylo před čtyřmi desetiletími představeno VFD, ale obvody nebyly dostatečně silné.

VFD je krátká forma frekvenčního měniče nebo měniče kmitočtu. Frekvence určuje otáčky motoru a řízením střídavé frekvence lze řídit otáčky motoru. Na trhu s elektronikou a elektrickou energií jsou k dispozici různé typy VFD, od aplikací souvisejících s malými motory až po vysoce výkonné indukční motory. Kromě třífázových VFD jsou k dispozici také jednofázové VFD.

Obvod VFD a jeho provoz

Obvod VFD se skládá ze tří částí.

1. Usměrňovací část

2. Sekce filtru

3. Spínací nebo invertorová sekce.

Na následujícím obrázku jsou tři oddíly zobrazeny uvnitř blokového diagramu. Toto je základní blokové schéma třífázového VFD.

Usměrňovací část obvodu VFD

sekce usměrňovače používá 6 diod. Diody D1, D2 a D3 jsou spojeny s kladnou kolejnicí a dioda D4, D5 a D6 jsou spojeny se zápornou kolejnicí. Těchto 6 diod funguje jako diodový můstek, který převádí třífázový střídavý signál na jednu stejnosměrnou lištu. Třífázové R, B a Y jsou připojeny přes diodu. V závislosti na polaritě sinusových vln jsou diody předpjaté nebo reverzně předpjaté, což poskytuje kladný nebo záporný puls na kladné i záporné liště.

Chcete-li se dozvědět více o tom, jak usměrňovač funguje, klikněte na odkaz.

Sekce filtru obvodu VFD

Jak víme, standardní usměrňovací diody převádějí pouze střídavý signál na stejnosměrný, ale výstupní stejnosměrný signál není dostatečně plynulý, protože jsou s ním spojeny i střídavé vlnění střídavého proudu. K nápravě zvlnění střídavého proudu a k vytvoření hladkého stejnosměrného výstupu je nutný nějaký druh filtrů pro odmítnutí zvlnění. Standardní součástí filtru je použití různých typů velkých kondenzátorů a induktorů. V sekci filtru filtruje kondenzátor hlavně zvlnění střídavého proudu a poskytuje hladký stejnosměrný výstup.

V některých případech se ke snížení vstupních střídavých zvuků a harmonických také používají jiné typy filtrů.

Přepínací nebo invertorová část obvodu VFD

Spínací nebo invertorová sekce invertuje DC na AC. V této části se používají různé typy elektronických spínačů, od vysoce výkonných tranzistorů, IGBT nebo MOSFET. Spínače se rychle zapínají a vypínají a zátěž přijímá pulzující napětí, které je velmi podobné střídavému proudu. Výstupní frekvence je úměrná spínací frekvenci. Vysoká spínací frekvence poskytuje vysokofrekvenční výstup, zatímco nízká spínací frekvence poskytuje nízkofrekvenční výstup.

Různé typy VFD

V závislosti na tom, jak VFD převádí střídavé napětí na stejnosměrné a provádí nápravu, jsou na trhu k dispozici další typy VFD.

Hlavní tři typy VFD jsou VSI , CSI a PWM .

VFD typu VSI

VSI znamená střídač zdroje napětí. Toto je nejběžnější typ ovladače s proměnnou frekvencí. U tohoto typu VFD se k přeměně střídavého signálu na stejnosměrný používá jednoduchý diodový můstek a k ukládání energie se používá kondenzátor. Spínací obvod invertoru využívá uloženou energii v kondenzátoru a poskytuje výstup.

Výhoda

1. Má dobrý rozsah otáček.

2. Zařízení pro ovládání více motorů. K jednomu VFD typu VSI lze připojit více motorů.

3. Jednoduchý design.

4. Je to nákladově efektivní ze strany výroby a instalace.

Nevýhody

1. Kvůli efektu ozubení trhá motor zátěžového motoru během situace spuštění a zastavení.

2. Výstup poskytuje různé typy harmonických a šumů.

3. Jestliže jsou regulovány otáčky motoru nebo jsou otáčky sníženy, celkový výkonový faktor je do značné míry omezen, což má za následek špatný účiník.

VFD typu CSI

CSI znamená střídač proudu. Frekvenční měniče typu VSI jsou navrženy tak, aby poskytovaly plynulý napěťový výstup v závislosti na rozsahu proměnných kmitočtů, ale u měničů kmitočtu typu CSI je konstrukce závislá na proudu místo na napětí. Také v případě CSI se místo diodového můstkového usměrňovače používá můstkový převodník SCR. Výstupní energie je filtrována pomocí sériových tlumivek jako alternativy kondenzátorů pro plynulý proudový výstup. VFD typu CSI fungují stejně jako generátor konstantního proudu. Namísto čtvercové vlny napětí jsou VFD typu CSI schopné poskytovat čtvercovou vlnu proudu.

Výhoda

1. Spolehlivé VFD typu VSI.

2. Podporujte indukční motory s vyšším výkonem, kde VSI není vhodná volba.

3. Jednoduchý design.

4. Dobré regenerační schopnosti.

Nevýhody

1. Celkový účiník je špatný, zejména při nízkých otáčkách.

2. Existuje ozubení, které může za chodu vibrovat hřídel motoru.

3. Není vhodný pro vícemotorový provoz s ohledem na VSI.

VFD typu PWM

Toto je vylepšená a upravená verze VFD typu VSI. PWM znamená pulsně šířkovou modulaci. Použitím techniky PWM jsou VFD schopny poskytovat stabilní napěťový výstup udržovaný s frekvenčním poměrem. Konstrukce využívá diodový můstek k usměrnění střídavého signálu na stejnosměrný. Spínací obvod řídí pracovní cyklus ve variabilním frekvenčním rozsahu. K regulaci výstupu PWM se používá další regulátor, který zajišťuje stabilní a správné napětí a proud do zátěže.

Výhoda

1. Žádný ucpávací nebo trhavý efekt.

2. Široká rychlost a rozsah ovládání.

3. Skládejte se z různých typů ochranných obvodů.

4. Konstantní účiník.

5. Vyvolávejte velmi vysokou účinnost.

6. Energeticky efektivní.

Nevýhody

1. Komplexní design.

2. Komplexní s ohledem na implementaci.

3. Vyžaduje další hardware.

4. Tvorba slyšitelného hluku v obvodu budiče.

5. Nákladové řešení.

Jak vybrat VFD pro moji aplikaci?

K výběru správných VFD pro konkrétní aplikaci je nutné dobré porozumění zátěži. Různé typy motorů produkují různé typy točivého momentu. V některých aplikacích je nutný konstantní točivý moment, zatímco v jiných aplikacích je třeba krouticí moment regulovat. Také zatížení motoru je určujícím faktorem specifikace motoru, zejména jmenovitého výkonu.

Abychom vybrali vhodný VFD pro správnou aplikaci, musíme vyhodnotit nebo zvážit následující věci.

1. Výkon motoru

2. Náklady

3. Provozní prostředí VFD a motorů

4. Jednofázové nebo třífázové

5. Jeden VFD s jedním motorem nebo jeden VFD s více motory

6. Další požadavky na ovládací prvky

Výhody VFD

Existuje mnoho důvodů, proč je VFD oblíbenou volbou pro spotřebitele, kde jsou snadno dostupné další ovladače. Nejdůležitějším důvodem popularity VFD jsou možnosti nízké spotřeby energie a náklady na počáteční nastavení. VFD nabízejí vysokou účinnost, pokud jde o spotřebu energie jiné než kterákoli řídicí jednotka ve stejném segmentu. Díky tomu nabízí VFD v případě velkých továren a závodů, kde jsou vyžadovány motory s větším výkonem, nízkou spotřebu energie, čímž snižuje částku za energii a poskytuje příležitosti k úspoře nákladů.

VFD omezuje zapínací proud během spouštění a zastavování motoru, což také snižuje zapínací zatížení v napájecím vedení a poskytuje bezpečnostní rezervu pro nákladné motory.

Kromě výše uvedených výhod může VFD snížit náklady na údržbu systému. Není třeba žádné další nákladné elektrické připojení a ovládání. Existují možnosti připojení více motorů, které lze ovládat pomocí jediného VFD, což dále snižuje další náklady na nastavení systému.

Nevýhody VFD

Navzdory výše uvedeným výhodám je však se systémem VFD spojeno několik nevýhod. Primární nevýhodou systému VFD je investice do počátečního nastavení. Pro továrnu nebo závod, kde je třeba ovládat více motorů s vysokým výkonem pomocí VFD, vyžaduje vysoké investice.

Také VFD příčinou motoru topení a potřebují speciální motory konstrukce. Konstrukce vyžaduje speciální typy izolace motoru a motory je třeba specifikovat pro aplikace s měničem.

Další hlavní nevýhodou VFD je to, že hlavní napájecí vedení je vysoce narušeno zkreslením a vrubovými harmonickými. Z tohoto důvodu budou během provozu narušena i další zařízení připojená ve stejném napájecím vedení.

Pokrok moderního polovodičového průmyslu však velmi zlepšil konstrukci moderních systémů VFD. Před érou zařízení v pevné fázi jsou rotační stroje hlavní komponentou používanou k výrobě VFD. V moderní éře mikroprocesorů jsou VFD vybaveny nejrůznějšími ochranami, jako je podpětí, přepětí, ochrana proti tepelnému přetížení atd., Se správným ovládacím vybavením. Aplikace motorů v tomto odvětví je zodpovědná za 25% světové spotřeby elektrické energie, kterou lze účinně řídit pomocí VFD.