Ce este circuitul de unitate VFD: funcționarea, tipurile și aplicațiile sale

Există o mulțime de fabrici și fabrici în lume care utilizează un alt tip de motoare de mare putere. Datorită consumului ridicat de energie, fabricile și centralele ajung să plătească o sumă mare de facturi de energie. Pentru a depăși consumul ridicat de energie și pentru a crește eficiența, VFD a fost introdus acum patru decenii, dar circuitele nu erau suficient de puternice.

VFD este forma scurtă a unei unități cu frecvență variabilă sau a unei unități cu frecvență reglabilă. Frecvența determină RPM-ul motorului și prin controlul frecvenței AC, RPM-ul motorului poate fi controlat. Diferite tipuri de VFD-uri sunt disponibile pe piața electronică și electrică, de la aplicații mici legate de motoare la motoare cu inducție de mare putere. În afară de VFD-urile trifazate, sunt disponibile și VFD-uri monofazate.

Circuitul VFD și funcționarea sa

Un circuit VFD este format din trei părți.

1. Secțiunea redresor

2. Secțiunea de filtrare

3. Secțiunea de comutare sau invertor.

În imaginea de mai jos, cele trei secțiuni sunt prezentate într-o diagramă bloc. Aceasta este o schemă bloc de circuit de bază a unui VFD trifazat.

Secțiunea redresor a circuitului VFD

secțiunea redresor folosește 6 diode. Diodele D1, D2 și D3 sunt conectate cu șina pozitivă și diodele D4, D5 și D6 sunt conectate cu șina negativă. Aceste 6 diode acționează ca o punte de diode care transformă semnalul trifazat într-o singură șină de curent continuu. R, B și Y cu trei faze sunt conectate pe diodă. În funcție de polaritatea undei sinusoidale, diodele sunt polarizate înainte sau polarizate invers, oferind astfel un impuls pozitiv sau un impuls negativ atât în ​​șina pozitivă cât și în cea negativă.

Pentru a afla mai multe despre cum funcționează redresorul, trebuie doar să urmați linkul.

Secțiunea de filtrare a circuitului VFD

După cum știm, diodele redresoare standard convertesc doar semnalul de curent alternativ în curent continuu, dar semnalul de curent continuu de ieșire nu este suficient de neted, deoarece sunt asociate cu el și ondulații de curent alternativ dependente de frecvență. Pentru a corecta ondularea de curent alternativ și pentru a obține o ieșire continuă de curent continuu, există o cerință de un fel de filtre de respingere a ondulației. Componenta standard pentru filtru este de a utiliza diferite tipuri de condensatori și inductori mari. În secțiunea de filtrare, în principal condensatorul filtrează ondulația de curent alternativ și oferă o ieșire continuă de curent continuu.

În unele cazuri, alte tipuri de filtre sunt, de asemenea, utilizate pentru a reduce zgomotele și armonicele de intrare AC.

Secțiunea de comutare sau invertor a circuitului VFD

Secțiunea de comutare sau invertor transformă DC în AC. În această secțiune, sunt utilizate diferite tipuri de comutatoare electronice, de la tranzistoare de mare putere, IGBT sau MOSFET-uri. Comutatoarele sunt pornite sau oprite rapid, iar sarcina primește o tensiune pulsatorie care este foarte asemănătoare cu AC. Frecvența de ieșire este proporțională cu rata de comutare. Rata de comutare ridicată asigură o ieșire de înaltă frecvență, în timp ce rata de comutare mică oferă o ieșire de frecvență joasă.

Diferite tipuri de VFD

În funcție de modul în care VFD convertește puterea de curent alternativ în curent continuu și face rectificarea, există alte tipuri de VFD-uri disponibile pe piață.

Principalele trei tipuri de VFD sunt VSI , CSI și PWM .

VFD-uri de tip VSI

VSI înseamnă invertor de sursă de tensiune. Acesta este cel mai comun tip de driver de frecvență variabilă. În acest tip de VFD-uri, se utilizează o punte de diodă simplă pentru a converti semnalul de curent alternativ în curent continuu și un condensator este utilizat pentru a stoca energia. Un circuit de comutare invertor folosește energia stocată în condensator și furnizează ieșirea.

Avantaj

1. Are o gamă bună de viteză.

2. Facilitate de control al motorului multiplu. Mai multe motoare pot fi conectate cu un singur VFD de tip VSI.

3. Design simplu.

4. Este rentabil din partea producției și a instalării.

Dezavantaje

1. Datorită efectului de înfundare, fața motorului de sarcină se clatină în timpul situației de pornire și oprire.

2. Ieșirea oferă diferite tipuri de armonici și zgomote.

3. Dacă viteza motorului este controlată sau viteza scade, factorul de putere general este în mare măsură îngreunat, ceea ce duce la un factor de putere slab.

VFD-uri de tip CSI

CSI înseamnă invertor de sursă de curent. VFD-urile de tip VSI sunt proiectate în așa fel încât să asigure o ieșire de tensiune lină în funcție de intervalul de frecvență variabil, dar în VFD-urile de tip CSI construcția este fiabilă de curent în loc de tensiune. De asemenea, în cazul CSI, în locul redresorului cu diodă, se folosește convertorul de punte SCR. Energia de ieșire este filtrată folosind inductoare de serie ca alternativă a condensatoarelor pentru o ieșire de curent lină. VFD-urile de tip CSI acționează la fel ca un generator de curent constant. În loc de un val pătrat de tensiune, VFD-urile de tip CSI sunt capabile să furnizeze unda pătrată de curent.

Avantaj

1. Fiabile apoi VFD-uri de tip VSI.

2. Suportă motoare cu inducție cu putere mai mare, unde VSI nu este o alegere potrivită.

3. Design simplu.

4. Capacități bune de regenerare.

Dezavantaje

1. Factorul de putere general este slab, mai ales la RPM scăzut.

2. Efectul de înfundare există și ar putea vibra arborele motorului în timpul funcționării.

3. Nu este potrivit pentru funcționarea cu mai multe motoare în ceea ce privește VSI.

VFD-uri de tip PWM

Aceasta este o versiune îmbunătățită și modificată a VFD-urilor de tip VSI. PWM înseamnă modularea lățimii impulsurilor. Folosind tehnica PWM, VFD-urile sunt capabile să asigure o ieșire stabilă de tensiune menținută cu un raport de frecvență. Construcția utilizează o punte de diodă pentru a rectifica semnalul de curent alternativ într-un semnal de curent continuu. Circuitul de comutare controlează ciclul de funcționare într-un interval de frecvență variabil. Un regulator suplimentar este utilizat pentru a regla ieșirea PWM pentru a oferi tensiune și curent stabil și adecvat încărcăturii.

Avantaj

1. Fără efect de înfundare sau sacadare.

2. Gama largă de viteză și control.

3. Conține diferite tipuri de circuite de protecție.

4. Factor de putere constant.

5. Induceți o eficiență foarte mare.

6. Eficient energetic.

Dezavantaje

1. Complex la proiectare.

2. Complex în ceea ce privește implementarea.

3. Necesită hardware suplimentar.

4. Generarea de zgomot audibil în circuitul conducătorului auto.

5. Soluție costisitoare.

Cum să selectez VFD pentru aplicația mea?

Pentru a selecta VFD-urile adecvate pentru o anumită aplicație, este necesară o bună înțelegere a sarcinii. Diferite tipuri de motoare produc diferite tipuri de cuplu. În unele aplicații este necesar un cuplu constant, în timp ce în alte aplicații cuplul trebuie controlat. De asemenea, sarcina pe motor este factorul determinant al specificațiilor motorului, în principal puterea nominală.

Pentru a selecta VFD adecvat pentru aplicația adecvată, trebuie să evaluăm sau să luăm în considerare următoarele lucruri.

1. Puterea motorului

2. Costul

3. Mediul de operare al VFD și al motoarelor

4. Monofazat sau trifazat

5. VFD unic cu un singur motor sau VFD unic cu mai multe motoare

6. Cerințe suplimentare privind caracteristicile de control

Avantajele VFD

Există o mulțime de motive pentru care VFD este o alegere populară pentru consumator, acolo unde alte controlere sunt disponibile. Cel mai important motiv pentru popularitatea VFD este capacitatea de consum redus de energie și costul inițial de configurare. VFD oferă o eficiență ridicată în ceea ce privește consumul de energie, altul decât orice dispozitiv de control din același segment. Datorită acestui fapt, în cazul fabricilor și uzinelor mari în care sunt necesare motoare de putere mai mare, VFD oferă un consum redus de energie, reducând astfel suma facturii de energie și oferă oportunități de economisire a costurilor.

VFD limitează curentul de pornire în timpul pornirii și opririi motorului, care scad, de asemenea, sarcina de pornire în linia de alimentare, precum și oferă o marjă de siguranță pentru motoarele costisitoare.

În afară de avantajele de mai sus, VFD poate reduce costul de întreținere a sistemului. Nu sunt necesare operațiuni costisitoare suplimentare de conectare și control electric. Există opțiuni de conectare a mai multor motoare care pot fi controlate folosind un singur VFD care, în continuare, reduc costurile suplimentare de configurare a sistemului.

Dezavantaje ale VFD

Cu toate acestea, în ciuda avantajelor de mai sus, există câteva dezavantaje asociate și sistemului VFD. Dezavantajul principal al sistemului VFD este investiția inițială de configurare. Pentru o fabrică sau o instalație în care mai multe motoare cu putere mare trebuie controlate folosind VFD-uri, necesită investiții mari.

De asemenea, VFD provoacă încălzirea motorului și necesită construcție specială a motoarelor. Construcția necesită tipuri speciale de izolații pentru motoare, precum și motoarele trebuie să fie specificate pentru aplicațiile cu clasificare la invertor.

Un alt dezavantaj major al VFD este că linia de alimentare a sursei principale este extrem de deranjată de distorsiuni, armonice care creează linia. Datorită acestui fapt, celelalte dispozitive conectate în aceeași linie de alimentare sunt, de asemenea, împiedicate în timpul funcționării.

Cu toate acestea, avansarea industriei moderne a semiconductorilor a îmbunătățit foarte mult construcția sistemelor moderne VFD. Înainte de era dispozitivelor în stare solidă, mașinile rotative sunt componenta principală utilizată pentru fabricarea VFD-urilor. În epoca modernă a microprocesorului, VFD-urile sunt echipate cu tot felul de protecții, cum ar fi subtensiunea, supratensiunea, protecția termică la suprasarcină etc., cu facilități de control adecvate. Aplicația Motor din industrie este responsabilă pentru 25% din consumul mondial de energie electrică, care poate fi controlat eficient folosind VFD-uri.