به حداکثر رساندن راندمان: راهنمای عملی درایوهای فرکانس متغیر ولتاژ پایین (VFD)

اصل اصلی: چگونه VFD های ولتاژ پایین سرعت و قدرت موتور را تنظیم می کنند

الف درایو فرکانس متغیر ولتاژ پایین (VFD)، که اغلب به عنوان درایو سرعت قابل تنظیم (ASD) شناخته می شود، یک جزء ضروری برای کنترل سرعت چرخش یک موتور جریان متناوب (AC) با مدیریت توان الکتریکی عرضه شده به آن است. نام "ولتاژ پایین" معمولاً برای VFDهایی که در ولتاژهای صنعتی استاندارد تا 690 ولت کار می کنند اعمال می شود. عملیات اساسی مبتنی بر تغییر فرکانس و ولتاژ به طور همزمان، حفظ نسبت ولتاژ به فرکانس (V/f) ثابت است تا اطمینان حاصل شود که شار مغناطیسی موتور ثابت می ماند و می تواند گشتاور مورد نیاز را ارائه دهد.

VFD با استفاده از یک بخش یکسو کننده، معمولاً یک پل دیود، برق AC ورودی را به جریان مستقیم (DC) تبدیل می کند. این برق DC سپس توسط یک بانک خازن لینک DC فیلتر می شود که برق را صاف می کند. در نهایت، یک بخش اینورتر، که معمولاً از ترانزیستورهای دوقطبی گیت عایق (IGBTs) تشکیل شده است، DC را با استفاده از تکنیکی به نام مدولاسیون عرض پالس (PWM) به یک فرکانس متغیر دقیق و شکل موج ولتاژ متغیر AC تبدیل می‌کند.

مزایای عملی و صرفه جویی در هزینه های فوری اجرای VFD

مزایای عملی ادغام VFD ها در سیستم های صنعتی و تجاری فراتر از کنترل سرعت ساده است و مستقیماً بر هزینه های عملیاتی، طول عمر تجهیزات و کیفیت فرآیند تأثیر می گذارد. این مزایا بازگشت سریع سرمایه را به ویژه در برنامه های کاربردی سیال فراهم می کند.

کاهش قابل توجه انرژی از طریق قوانین میل جنسی

برای بارهای گریز از مرکز مانند پمپ ها و فن ها، توان مصرفی موتور از مکعب سرعت پیروی می کند (قانون قرابت). این به این معنی است که یک کاهش کوچک در سرعت منجر به کاهش شدید توان مصرفی می شود. به عنوان مثال، کاهش سرعت فقط 20٪ (با سرعت 80٪) مصرف برق را نزدیک به 50٪ کاهش می دهد (0.8^3 = 0.512 $). این رابطه متناسب، محرک اصلی برای صرفه جویی عظیم انرژی در تاسیسات HVAC و تصفیه آب است.

کنترل فرآیند پیشرفته و حفاظت از تجهیزات

VFD ها با افزایش آهسته موتور از سرعت صفر به سرعت کار، قابلیت "شروع نرم" را فراهم می کنند. این جریان هجومی عظیم و شوک مکانیکی مرتبط با راه اندازی «در سراسر خط» را حذف می کند، جایی که موتور فورا ولتاژ کامل را دریافت می کند. VFD با کاهش تنش الکتریکی و سایش مکانیکی بر روی قطعاتی مانند چرخ دنده ها، تسمه ها و کوپلینگ ها، فواصل نگهداری و عمر عملیاتی کلی تجهیزات رانده شده را افزایش می دهد. علاوه بر این، کنترل دقیق سرعت امکان تنظیم دقیق جریان، فشار یا دما را فراهم می کند و کیفیت محصول را در فرآیندهای تولید بهبود می بخشد.

نمایه های برنامه کاربردی VFD ولتاژ پایین رایج

VFD های ولتاژ پایین همه کاره هستند و تقریباً در هر بخش صنعتی مستقر هستند. کاربرد آنها معمولاً بر اساس نوع بار طبقه بندی می شود: گشتاور متغیر، گشتاور ثابت یا توان ثابت.

جدول زیر به طور خلاصه کاربردهای رایج و ویژگی های آنها را نشان می دهد:

ملاحظات عملی برای انتخاب و نصب VFD

انتخاب و نصب مناسب برای دستیابی به مزایای کامل VFD بسیار مهم است. ملاحظات کلیدی شامل شرایط محیطی، سازگاری موتور، و کاهش مشکلات بالقوه کیفیت توان است.

اندازه، محفظه ها، و عوامل محیطی

VFD باید به درستی به اندازه جریان تمام بار موتور (FLA) اندازه گیری شود، و اغلب برای کاربردهایی با سیکل های کاری سخت یا نیاز به گشتاور راه اندازی بالا، کمی بزرگتر باشد. نوع محفظه باید برای محیط مناسب باشد، از NEMA 1 (عمومی، داخلی) تا NEMA 4X (مقاوم در برابر خوردگی، در فضای باز/شستشو). VFD گرما تولید می کند، بنابراین فاصله خنک کننده کافی و کنترل دمای محیط برای عملکرد قابل اعتماد الزامی است.

کاهش کیفیت توان و مسائل هارمونیک

بخش یکسو کننده VFD جریان را در پالس های کوتاه و با دامنه بالا می کشد، که می تواند اعوجاج هارمونیک را به خط تغذیه برگرداند. این می تواند بر سایر تجهیزات حساس تأثیر منفی بگذارد. استراتژی های کاهش عملی عبارتند از:

• الفdding AC Line Reactors on the input side to smooth the incoming current and reduce harmonic content.
• نصب چوک های DC Link بین یکسو کننده و بانک خازن برای کاهش هارمونیک ها و بهبود پایداری باس DC.
• استفاده از VFD های Active Front End (AFE) یا یکسو کننده های 18 پالس برای کاربردهایی که اعوجاج هارمونیک کل بسیار کم (THD) حیاتی است، اگرچه این گزینه ها هزینه سرمایه اولیه را افزایش می دهند.

الفdditionally, the high-speed switching of the IGBTs can generate voltage spikes, which may damage the motor windings over time. For longer motor lead lengths (typically over 50 feet), the installation of load reactors or output filters is highly recommended to protect the motor insulation.