Ένας μηχανισμός μεταβλητής συχνότητας ( VFD), μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε πολλά πεδία.
Ο μετατροπέας (VFD -Variable Frequency Drive ) περιλαμβάνει Το τμήμα μετατροπέα εισόδου, τον ενδιάμεσο διαύλου DC και το τμήμα inverter εξόδου. Με τον έλεγχο της συχνότητας, ο μετατροπέας ελέγχει την ταχύτητα περιστροφής του κινητήρα.
Χρησιμοποιούνται ευρέως για τον έλεγχο της ταχύτητας των ηλεκτροκινητήρων εναλλασσόμενου ρεύματος, όπως συστήματα μεταφοράς, ταχύτητες αντλίας, ταχύτητες απορροφητήρες. εργαλειομηχανές ή άλλες εφαρμογές που απαιτούν μεταβλητή ταχύτητα με μεταβλητή ροπή.
Οι κινητήρες μεταβλητής συχνότητας (VFD) που χρησιμοποιούνται σε βιομηχανικές εφαρμογές παρέχουν έναν αποτελεσματικό τρόπο αλλαγής της ταχύτητας και της ροπής του συνδεδεμένου κινητήρα. Το VFD αποτελείται από τρία κύρια μέρη: Το τμήμα μετατροπέα εισόδου, τον ενδιάμεσο διαύλου DC και το τμήμα inverter εξόδου.
Το τμήμα μετατροπέα χρησιμοποιεί έναν ανορθωτή διόδου γέφυρας για να μετατρέψει την τάση εισόδου εναλλασσόμενου ρεύματος σε τάση συνεχούς ρεύματος.
Το τμήμα διαύλου DC αποτελείται από μια σείρα πυκνωτών, η οποία χρησιμοποιείται για την εξομάλυνση της τάσης συνεχούς ρεύματος από το τμήμα μετατροπέα και παρέχει κάποια ικανότητα αποθήκευσης τάσης.
Το τμήμα inverter του VFD λαμβάνει την τάση συνεχούς ρεύματος από το δίαυλο DC και το αναστρέφει πίσω σε τάση AC μεταβλητής τάσης και εναλλασσόμενης συχνότητας που χρησιμοποιείται για τον έλεγχο του κινητήρα.
Τι είναι η διαμόρφωση εύρους παλμού (PWM);
Η διαδικασία που αφορά στην αναστροφή της τάσης συνεχούς ρεύματος στην τάση εναλλασσόμενου ρεύματος μεταβλητής συχνότητας (VVVF) στην ενότητα inverter της VFD ονομάζεται διαμόρφωση πλάτους παλμού ή PWM.
Δείτε πως δουλεύει ενα VFD στο παρακάτω βίντεο...
Η διαμόρφωση εύρους παλμού χρησιμοποιεί τρανζίστορ τα οποία ενεργοποιούν και απενεργοποιούν την τάση συνεχούς ρεύματος σε καθορισμένη ακολουθία για να παράγουν την τάση και την συχνότητα εξόδου εναλλασσόμενου ρεύματος.
Τα περισσότερα VFD χρησιμοποιούν σήμερα μονωμένα πύλη διπολικά τρανζίστορ ή IGBT.
Εισαγωγή στη δεκαετία του 1980, το διπολικό τρανζίστορ μόνωσης-πύλης (IGBT) έγινε η συσκευή που χρησιμοποιείται στα περισσότερα κυκλώματα μετατροπέα VFD την πρώτη δεκαετία του 21ου αιώνα.
Η τυπική διαμόρφωση των IGBT στο τμήμα μετατροπέα ενός VFD φαίνεται παρακάτω στο σχήμα
Τα τρανζίστορ λειτουργούν ως ένας διακόπτης που συνδέει τον δίαυλο DC διαμέσου των περιελίξεων του κινητήρα. Ένα VFD με είσοδο 480VAC θα έχει ένα δίαυλο DC περίπου 678VDC.
Έτσι, ο «παλμός» αναφέρεται στην ενεργοποίηση και απενεργοποίηση των τρανζίστορ που παράγουν παλμό τάσης με πλάτος περίπου 678VDC.
Ο στόχος του ελέγχου PWM είναι να δημιουργηθεί έξοδος κυματομορφής ρεύματος ημιτονοειδούς κύματος για την παραγωγή ροπής στον κινητήρα.
Προκειμένου το ρεύμα να ρέει μεταξύ δύο φάσεων του κινητήρα παραπάνω, πρέπει να ενεργοποιηθεί τουλάχιστον ένα τρανζίστορ στο άνω τμήμα του διαγράμματος και ένα στο κάτω μέρος του διαγράμματος. Χρησιμοποιώντας συγκεκριμένους συνδυασμούς τρανζίστορ, το ρεύμα μπορεί να διεγερθεί προς οποιαδήποτε κατεύθυνση μεταξύ των φάσεων.
Για παράδειγμα, εάν τα T1 και T6 είναι ανοικτά, το ρεύμα θα ρέει από το δίαυλο DC θετικό μέσω της φάσης U έως V του κινητήρα και έπειτα στον αρνητικό δίαυλο DC. Εάν τα T3 και T4 είναι ανοιχτά, τότε το ρεύμα θα ρέει από το δίαυλο DC θετικό μέσω της φάσης V σε U του κινητήρα στον αρνητικό δίαυλο DC.
Ένα από τα πλεονεκτήματα της χρήσης ενός VFD με τεχνολογία PWM είναι η ικανότητα ελέγχου της ποσότητας ρεύματος που διέρχεται από τις περιελίξεις του κινητήρα, οι οποίες, όταν εκτελούν έναν περιστροφικό βιομηχανικό κινητήρα, μεταφράζονται στον έλεγχο της ποσότητας ροπής στον άξονα του κινητήρα.
Στην περίπτωση ενός VFD που χρησιμοποιεί τεχνολογία PWM, αυτό γίνεται με τη μεταβολή της τάσης RMS στον κινητήρα.
Με τον έλεγχο του χρόνου που κάθε παλμός είναι ενεργοποιημένος και απενεργοποιημένος, η προκύπτουσα τάση RMS στις φάσεις του κινητήρα μπορεί να ελεγχθεί. Το «πλάτος» των συντελεστών παλμού στην προκύπτουσα έξοδο τάσης RMS.
Ένας μεγαλύτερος χρόνος «ON» του παλμού οδηγεί σε υψηλότερη τάση RMS στις φάσεις.
Ένας βραχύτερος χρόνος «ON» των παλμών οδηγεί σε χαμηλότερη τάση RMS στις φάσεις του κινητήρα.
Έτσι, ρυθμίζοντας το πλάτος των παλμών σε κάθε διαδοχικό μισό κύμα, η τάση RMS στις φάσεις του κινητήρα μπορεί να ελεγχθεί. Η προκύπτουσα μεταβλητή τάση RMS επιτρέπει στο VFD να μεταβάλλει την ποσότητα ρεύματος που ρέει μεταξύ των φάσεων του κινητήρα. Η κυματομορφή ρεύματος που παράγεται μέσω της διαδικασίας PWM επηρεάζεται επίσης από τη συχνότητα μεταγωγής IGBT.
Συχνότητα αλλαγής
Η συχνότητα μεταγωγής IGBT αναφέρεται στην ταχύτητα της ενεργοποίησης / απενεργοποίησης, εάν τα μεμονωμένα IGBT. Οι συνήθεις συχνότητες μεταγωγής που χρησιμοποιούνται είναι 4kHz, 8kHz και ακόμη και έως 16kHz.
Μια υψηλότερη ταχύτητα μεταγωγής θα παρέχει μια κυματομορφή κυματοδηγού προς τον κινητήρα καθώς θα υπάρχουν περισσότεροι παλμοί πάνω από κάθε μισό κύμα.
Εκτός από τη ροπή του κινητήρα (ρεύμα), η ταχύτητα του κινητήρα (συχνότητα) μπορεί επίσης να ελεγχθεί χρησιμοποιώντας PWM. Αλλάζοντας την περίοδο των παλμών τάσης που προκαλούν το ρεύμα στις φάσεις του κινητήρα, η προκύπτουσα συχνότητα κυματομορφής ρεύματος εξόδου μπορεί να αλλάξει.
ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ
Με τη σύνδεση του ελέγχου του εύρους παλμού και της περιόδου της ομάδας παλμών, οι μονάδες PWM παρέχουν ένα μέσο για τον έλεγχο τόσο της τάσης όσο και της εξόδου συχνότητας σε έναν κινητήρα εναλλασσόμενου ρεύματος.
Η δυνατότητα ελέγχου της ροπής και της ταχύτητας ενός κινητήρα εναλλασσόμενου ρεύματος ανοίγει τις δυνατότητες εφαρμογής για τους σχεδιαστές μηχανών.
Οι ταχύτητες του μοτέρ μπορούν να βελτιστοποιηθούν για την εφαρμογή, ώστε να επιτυγχάνεται μεγαλύτερη απόδοση του συστήματος (π.χ. έλεγχος ανεμιστήρα). Οι ταχύτητες του κινητήρα μπορούν να αυξηθούν πάνω από την ονομαστική ταχύτητα του κινητήρα, για να αυξηθούν οι ρυθμοί παραγωγής. Η ροπή του κινητήρα μπορεί να περιοριστεί για να προστατεύσει τα μηχανικά εξαρτήματα του συστήματος. Η ελεγχόμενη εκκίνηση και η διακοπή των κινητήρων μπορεί να εξαλείψει τα μηχανικά εξαρτήματα που ενδέχεται να φθείρονται με την πάροδο του χρόνου.
Οι κινητήρες μεταβλητής συχνότητας (VFD) που χρησιμοποιούνται σε βιομηχανικές εφαρμογές παρέχουν έναν αποτελεσματικό τρόπο αλλαγής της ταχύτητας και της ροπής του συνδεδεμένου κινητήρα. Το VFD αποτελείται από τρία κύρια μέρη: Το τμήμα μετατροπέα εισόδου, τον ενδιάμεσο διαύλου DC και το τμήμα inverter εξόδου.
Το τμήμα μετατροπέα χρησιμοποιεί έναν ανορθωτή διόδου γέφυρας για να μετατρέψει την τάση εισόδου εναλλασσόμενου ρεύματος σε τάση συνεχούς ρεύματος.
Το τμήμα διαύλου DC αποτελείται από μια σείρα πυκνωτών, η οποία χρησιμοποιείται για την εξομάλυνση της τάσης συνεχούς ρεύματος από το τμήμα μετατροπέα και παρέχει κάποια ικανότητα αποθήκευσης τάσης.
Το τμήμα inverter του VFD λαμβάνει την τάση συνεχούς ρεύματος από το δίαυλο DC και το αναστρέφει πίσω σε τάση AC μεταβλητής τάσης και εναλλασσόμενης συχνότητας που χρησιμοποιείται για τον έλεγχο του κινητήρα.
Τι είναι η διαμόρφωση εύρους παλμού (PWM);
Η διαδικασία που αφορά στην αναστροφή της τάσης συνεχούς ρεύματος στην τάση εναλλασσόμενου ρεύματος μεταβλητής συχνότητας (VVVF) στην ενότητα inverter της VFD ονομάζεται διαμόρφωση πλάτους παλμού ή PWM.
Δείτε πως δουλεύει ενα VFD στο παρακάτω βίντεο...
Η διαμόρφωση εύρους παλμού χρησιμοποιεί τρανζίστορ τα οποία ενεργοποιούν και απενεργοποιούν την τάση συνεχούς ρεύματος σε καθορισμένη ακολουθία για να παράγουν την τάση και την συχνότητα εξόδου εναλλασσόμενου ρεύματος.
Τα περισσότερα VFD χρησιμοποιούν σήμερα μονωμένα πύλη διπολικά τρανζίστορ ή IGBT.
Εισαγωγή στη δεκαετία του 1980, το διπολικό τρανζίστορ μόνωσης-πύλης (IGBT) έγινε η συσκευή που χρησιμοποιείται στα περισσότερα κυκλώματα μετατροπέα VFD την πρώτη δεκαετία του 21ου αιώνα.
Η τυπική διαμόρφωση των IGBT στο τμήμα μετατροπέα ενός VFD φαίνεται παρακάτω στο σχήμα
Τα τρανζίστορ λειτουργούν ως ένας διακόπτης που συνδέει τον δίαυλο DC διαμέσου των περιελίξεων του κινητήρα. Ένα VFD με είσοδο 480VAC θα έχει ένα δίαυλο DC περίπου 678VDC.
Έτσι, ο «παλμός» αναφέρεται στην ενεργοποίηση και απενεργοποίηση των τρανζίστορ που παράγουν παλμό τάσης με πλάτος περίπου 678VDC.
Προκειμένου το ρεύμα να ρέει μεταξύ δύο φάσεων του κινητήρα παραπάνω, πρέπει να ενεργοποιηθεί τουλάχιστον ένα τρανζίστορ στο άνω τμήμα του διαγράμματος και ένα στο κάτω μέρος του διαγράμματος. Χρησιμοποιώντας συγκεκριμένους συνδυασμούς τρανζίστορ, το ρεύμα μπορεί να διεγερθεί προς οποιαδήποτε κατεύθυνση μεταξύ των φάσεων.
Για παράδειγμα, εάν τα T1 και T6 είναι ανοικτά, το ρεύμα θα ρέει από το δίαυλο DC θετικό μέσω της φάσης U έως V του κινητήρα και έπειτα στον αρνητικό δίαυλο DC. Εάν τα T3 και T4 είναι ανοιχτά, τότε το ρεύμα θα ρέει από το δίαυλο DC θετικό μέσω της φάσης V σε U του κινητήρα στον αρνητικό δίαυλο DC.
Ένα από τα πλεονεκτήματα της χρήσης ενός VFD με τεχνολογία PWM είναι η ικανότητα ελέγχου της ποσότητας ρεύματος που διέρχεται από τις περιελίξεις του κινητήρα, οι οποίες, όταν εκτελούν έναν περιστροφικό βιομηχανικό κινητήρα, μεταφράζονται στον έλεγχο της ποσότητας ροπής στον άξονα του κινητήρα.
Στην περίπτωση ενός VFD που χρησιμοποιεί τεχνολογία PWM, αυτό γίνεται με τη μεταβολή της τάσης RMS στον κινητήρα.
Με τον έλεγχο του χρόνου που κάθε παλμός είναι ενεργοποιημένος και απενεργοποιημένος, η προκύπτουσα τάση RMS στις φάσεις του κινητήρα μπορεί να ελεγχθεί. Το «πλάτος» των συντελεστών παλμού στην προκύπτουσα έξοδο τάσης RMS.
Ένας μεγαλύτερος χρόνος «ON» του παλμού οδηγεί σε υψηλότερη τάση RMS στις φάσεις.
Ένας βραχύτερος χρόνος «ON» των παλμών οδηγεί σε χαμηλότερη τάση RMS στις φάσεις του κινητήρα.
Έτσι, ρυθμίζοντας το πλάτος των παλμών σε κάθε διαδοχικό μισό κύμα, η τάση RMS στις φάσεις του κινητήρα μπορεί να ελεγχθεί. Η προκύπτουσα μεταβλητή τάση RMS επιτρέπει στο VFD να μεταβάλλει την ποσότητα ρεύματος που ρέει μεταξύ των φάσεων του κινητήρα. Η κυματομορφή ρεύματος που παράγεται μέσω της διαδικασίας PWM επηρεάζεται επίσης από τη συχνότητα μεταγωγής IGBT.
Συχνότητα αλλαγής
Η συχνότητα μεταγωγής IGBT αναφέρεται στην ταχύτητα της ενεργοποίησης / απενεργοποίησης, εάν τα μεμονωμένα IGBT. Οι συνήθεις συχνότητες μεταγωγής που χρησιμοποιούνται είναι 4kHz, 8kHz και ακόμη και έως 16kHz.
Μια υψηλότερη ταχύτητα μεταγωγής θα παρέχει μια κυματομορφή κυματοδηγού προς τον κινητήρα καθώς θα υπάρχουν περισσότεροι παλμοί πάνω από κάθε μισό κύμα.
Εκτός από τη ροπή του κινητήρα (ρεύμα), η ταχύτητα του κινητήρα (συχνότητα) μπορεί επίσης να ελεγχθεί χρησιμοποιώντας PWM. Αλλάζοντας την περίοδο των παλμών τάσης που προκαλούν το ρεύμα στις φάσεις του κινητήρα, η προκύπτουσα συχνότητα κυματομορφής ρεύματος εξόδου μπορεί να αλλάξει.
ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ
Με τη σύνδεση του ελέγχου του εύρους παλμού και της περιόδου της ομάδας παλμών, οι μονάδες PWM παρέχουν ένα μέσο για τον έλεγχο τόσο της τάσης όσο και της εξόδου συχνότητας σε έναν κινητήρα εναλλασσόμενου ρεύματος.
Η δυνατότητα ελέγχου της ροπής και της ταχύτητας ενός κινητήρα εναλλασσόμενου ρεύματος ανοίγει τις δυνατότητες εφαρμογής για τους σχεδιαστές μηχανών.
Οι ταχύτητες του μοτέρ μπορούν να βελτιστοποιηθούν για την εφαρμογή, ώστε να επιτυγχάνεται μεγαλύτερη απόδοση του συστήματος (π.χ. έλεγχος ανεμιστήρα). Οι ταχύτητες του κινητήρα μπορούν να αυξηθούν πάνω από την ονομαστική ταχύτητα του κινητήρα, για να αυξηθούν οι ρυθμοί παραγωγής. Η ροπή του κινητήρα μπορεί να περιοριστεί για να προστατεύσει τα μηχανικά εξαρτήματα του συστήματος. Η ελεγχόμενη εκκίνηση και η διακοπή των κινητήρων μπορεί να εξαλείψει τα μηχανικά εξαρτήματα που ενδέχεται να φθείρονται με την πάροδο του χρόνου.
Αναρτήσεις
?){kind=link}