Co to jest obwód napędu VFD: jego działanie, typy i zastosowania

Na świecie jest wiele fabryk i fabryk, które używają innego typu silników dużej mocy. Ze względu na wysokie zużycie energii, fabryki i zakłady w końcu płacą wysokie rachunki za energię. Aby przezwyciężyć wysokie zużycie energii i zwiększyć wydajność, VFD został wprowadzony cztery dekady temu, ale obwody nie były wystarczająco mocne.

VFD to krótka forma zmienną częstotliwością napędu lub przetwornicy częstotliwości. Częstotliwość określa prędkość obrotową silnika, a poprzez sterowanie częstotliwością prądu przemiennego można kontrolować prędkość obrotową silnika. Na rynku elektronicznym i elektrycznym dostępne są różne typy napędów VFD, od małych silników do silników indukcyjnych dużej mocy. Oprócz trójfazowych VFD dostępne są również jednofazowe VFD.

Obwód VFD i jego działanie

Obwód VFD składa się z trzech części.

1. Sekcja prostownika

2. Sekcja filtra

3. Sekcja przełączania lub falownika.

Na poniższym obrazku trzy sekcje są pokazane wewnątrz schematu blokowego. To jest podstawowy schemat blokowy obwodu trójfazowego VFD.

Sekcja prostownika obwodu VFD

sekcja prostownika wykorzystuje 6 diod. Diody D1, D2 i D3 są połączone z szyną dodatnią, a diody D4, D5 i D6 są połączone z szyną ujemną. Te 6 diod działa jak mostek diodowy, który przekształca trójfazowy sygnał prądu przemiennego w pojedynczą szynę prądu stałego. Trójfazowe R, B i Y są połączone przez diodę. W zależności od polaryzacji fali sinusoidalnej diody są spolaryzowane do przodu lub do tyłu, zapewniając w ten sposób dodatni lub ujemny impuls na szynie dodatniej i ujemnej.

Aby dowiedzieć się więcej o działaniu prostownika, kliknij link.

Sekcja filtrująca obwodu VFD

Jak wiemy, standardowe diody prostownicze konwertują tylko sygnał AC na DC, ale wyjściowy sygnał DC nie jest wystarczająco gładki, ponieważ są z nim również związane zależne od częstotliwości tętnienia AC. Aby skorygować tętnienia prądu przemiennego i uzyskać płynne wyjście prądu stałego, wymagane jest zastosowanie pewnego rodzaju filtrów odrzucających tętnienia. Standardowym elementem filtru jest użycie różnego rodzaju dużych kondensatorów i cewek. W sekcji filtra głównie kondensator filtruje tętnienia AC i zapewnia płynne wyjście DC.

W niektórych przypadkach stosuje się również inne typy filtrów w celu redukcji szumów wejściowych AC i harmonicznych.

Sekcja przełączania lub falownika obwodu VFD

Sekcja przełączania lub falownika przekształca prąd stały na prąd przemienny. W tej sekcji używane są różne typy przełączników elektronicznych, począwszy od tranzystorów dużej mocy, po tranzystory IGBT lub MOSFET. Przełączniki są szybko włączane i wyłączane, a obciążenie otrzymuje pulsujące napięcie bardzo podobne do AC. Częstotliwość wyjściowa jest proporcjonalna do szybkości przełączania. Wysoka częstotliwość przełączania zapewnia wyjście o wysokiej częstotliwości, podczas gdy niska szybkość przełączania zapewnia wyjście o niskiej częstotliwości.

Różne typy VFD

W zależności od tego, jak VFD konwertuje prąd zmienny na prąd stały i dokonuje prostowania, na rynku dostępne są inne typy VFD.

Główne trzy typy VFD to VSI , CSI i PWM .

VFD typu VSI

VSI oznacza falownik ze źródłem napięcia. Jest to najpowszechniejszy typ przetwornika częstotliwości. W tego typu przetwornicach VFD prosty mostek diodowy służy do konwersji sygnału prądu przemiennego na prąd stały, a kondensator służy do magazynowania energii. Obwód przełączający falownika wykorzystuje energię zmagazynowaną w kondensatorze i zapewnia moc wyjściową.

Korzyść

1. ma dobry zakres prędkości.

2. Wiele funkcji sterowania silnikiem. Do jednego VSI VFD można podłączyć wiele silników.

3. prosta konstrukcja.

Jest opłacalny od strony produkcji i instalacji.

Niedogodności

1.Due do zębatej efekt, twarz obciążenie silnika szarpanie podczas uruchamiania i zatrzymywania sytuacji.

2. Wyjście zapewnia różne rodzaje harmonicznych i szumów.

3. Jeśli prędkość silnika jest kontrolowana lub prędkość jest zmniejszana, ogólny współczynnik mocy jest znacznie utrudniony, co skutkuje słabym współczynnikiem mocy.

VFD typu CSI

CSI oznacza falownik źródła prądu. Przemienniki VSI typu VSI są zaprojektowane w taki sposób, że mogą zapewniać płynne napięcie wyjściowe w zależności od zmiennego zakresu częstotliwości, ale w VFD typu CSI konstrukcja jest zależna od prądu zamiast napięcia. Również w przypadku CSI zamiast prostownika mostka diodowego zastosowano konwerter mostka SCR. Energia wyjściowa jest filtrowana za pomocą cewek szeregowych jako alternatywy dla kondensatorów, aby zapewnić płynny prąd wyjściowy. VFD typu CSI działają tak samo, jak generatory prądu stałego. Zamiast prostokątnej fali napięcia, VFD typu CSI jest w stanie dostarczyć prostokątny prąd.

Korzyść

1. niezawodne niż VSI VFD.

2. Obsługuj silniki indukcyjne o większej mocy, w przypadku których VSI nie jest odpowiednim wyborem.

3. prosta konstrukcja.

4.Dobre możliwości regeneracyjne.

Niedogodności

1. Ogólny współczynnik mocy jest słaby, szczególnie przy niskich obrotach.

2. występuje efekt zatykania, który może powodować wibracje wału silnika podczas pracy.

Nie nadaje się do pracy wielosilnikowej ze względu na VSI.

VFD typu PWM

Jest to ulepszona i zmodyfikowana wersja VFD typu VSI. PWM oznacza modulację szerokości impulsu. Wykorzystując technikę PWM, przetworniki VFD są w stanie zapewnić stabilne napięcie wyjściowe utrzymywane ze stosunkiem częstotliwości. Konstrukcja wykorzystuje mostek diodowy do prostowania sygnału AC na sygnał DC. Obwód przełączający steruje cyklem pracy w zmiennym zakresie częstotliwości. Dodatkowy regulator służy do regulacji wyjścia PWM w celu zapewnienia stabilnego i odpowiedniego napięcia i prądu do obciążenia.

Korzyść

Brak efektu zatykania lub szarpania.

2. szeroki zakres prędkości i regulacji.

3. Składają się z różnych typów obwodów zabezpieczających.

4. stały współczynnik mocy.

5. wywołać bardzo wysoką wydajność.

6. energooszczędny.

Niedogodności

1. skomplikowany projekt.

2.Złożoność wdrożenia.

3. wymaga dodatkowego sprzętu.

4.Słyszalne wytwarzanie hałasu w obwodzie sterownika.

5 Kosztowne rozwiązanie.

Jak wybrać VFD do mojej aplikacji?

Aby wybrać odpowiednie VFD do konkretnego zastosowania, wymagana jest dobra znajomość obciążenia. Różne typy silników wytwarzają różne rodzaje momentu obrotowego. W niektórych zastosowaniach konieczny jest stały moment obrotowy, podczas gdy w innych aplikacjach moment obrotowy musi być kontrolowany. Również obciążenie silnika jest czynnikiem determinującym specyfikację silnika, głównie moc znamionową.

Aby wybrać odpowiedni VFD do odpowiedniej aplikacji, musimy ocenić lub rozważyć następujące kwestie.

1. Moc silnika

2. Koszt

3. Środowisko pracy VFD i silników

4. Jednofazowe lub trójfazowe

5. Pojedynczy VFD z jednym silnikiem lub pojedynczy VFD z wieloma silnikami

6. Dodatkowe wymagania dotyczące funkcji sterowania

Zalety VFD

Istnieje wiele powodów, dla których VFD jest popularnym wyborem dla konsumentów, gdy inne sterowniki są łatwo dostępne. Najważniejszym powodem popularności VFD jest niskie zużycie energii i koszt początkowej konfiguracji. VFD oferują wysoką wydajność pod względem zużycia energii, inne niż jakiekolwiek urządzenia sterujące w tym samym segmencie. Z tego powodu w przypadku dużych fabryk i zakładów, w których wymagane są silniki o większej mocy, VFD oferuje niskie zużycie energii, a tym samym obniża kwotę rachunków za energię i zapewnia możliwości oszczędności kosztów.

VFD ogranicza prąd rozruchowy podczas stanu rozruchu i zatrzymania silnika, co również zmniejsza obciążenie rozruchowe w linii zasilającej, a także zapewnia margines bezpieczeństwa dla kosztownych silników.

Oprócz powyższych zalet VFD może obniżyć koszty utrzymania systemu. Nie są potrzebne żadne dodatkowe kosztowne połączenia elektryczne i operacje kontrolne. Istnieją opcje podłączenia wielu silników, które mogą być sterowane za pomocą jednego VFD, co dodatkowo zmniejsza dodatkowe koszty konfiguracji systemu.

Wady VFD

Jednak pomimo powyższych zalet, z systemem VFD wiąże się również kilka wad. Podstawową wadą systemu VFD jest inwestycja w początkową konfigurację. W przypadku fabryki lub zakładu, w którym trzeba sterować wieloma silnikami o dużej mocy za pomocą VFD, wymaga to dużych inwestycji.

Ponadto VFD powoduje nagrzewanie się silnika i wymaga specjalnej konstrukcji silników. Konstrukcja wymaga specjalnych typów izolacji silnika, jak również silniki muszą być dostosowane do zastosowań z falownikami.

Inną poważną wadą VFD jest to, że główna linia zasilająca źródła jest silnie zakłócana przez zniekształcenia, harmoniczne wcięcia linii. Z tego powodu inne urządzenia podłączone do tej samej linii energetycznej również są utrudnione w warunkach pracy.

Jednak postęp współczesnego przemysłu półprzewodników znacznie poprawił konstrukcję nowoczesnych systemów VFD. Przed erą urządzeń półprzewodnikowych maszyny obrotowe były głównym komponentem używanym do produkcji VFD. We współczesnej erze mikroprocesorów, VFD są wyposażone w różnego rodzaju zabezpieczenia, takie jak zabezpieczenie podnapięciowe, przepięciowe, przeciążeniowe termiczne itp. Z odpowiednimi urządzeniami sterującymi. Zastosowanie silników w przemyśle odpowiada za 25% światowego zużycia energii elektrycznej, które można skutecznie kontrolować za pomocą VFD.