چگونه یک VFD ولتاژ متوسط ​​سرعت موتور را کنترل می‌کند؟

درایوهای فرکانس متغیر ولتاژ متوسط ​​(VFD) به بخشی جدایی ناپذیر از کاربردهای صنعتی مدرن تبدیل شده‌اند و کنترل دقیقی بر سرعت موتور، بهره‌وری انرژی و کاهش سایش و پارگی تجهیزات ارائه می‌دهند. به عنوان یک تامین کننده پیشرو VFD ولتاژ متوسط، اغلب از من می پرسند که چگونه این درایوها سرعت یک موتور را کنترل می کنند. در این پست وبلاگ، من به جزئیات فنی VFD های ولتاژ متوسط ​​می پردازم و مکانیسم های پشت قابلیت های کنترل سرعت آنها را توضیح می دهم.

آشنایی با اصول موتورهای AC

قبل از اینکه به بررسی عملکرد VFD های ولتاژ متوسط ​​بپردازیم، درک اصول اولیه موتورهای جریان متناوب (AC) ضروری است. موتورهای AC به دلیل سادگی، قابلیت اطمینان و کارایی، رایج ترین نوع موتور مورد استفاده در کاربردهای صنعتی هستند. سرعت یک موتور AC با فرکانس منبع برق و تعداد قطب های موتور تعیین می شود. سرعت سنکرون (Ns) یک موتور AC را می توان با استفاده از فرمول زیر محاسبه کرد:

Ns = (120 * f) / P

کجا:

• Ns سرعت همزمان بر حسب دور در دقیقه (RPM) است.
• f فرکانس منبع الکتریکی بر حسب هرتز (هرتز) است.
• P تعداد قطب های موتور است

به عنوان مثال، یک موتور 4 قطبی که بر روی منبع برق 60 هرتز کار می کند دارای سرعت سنکرون:

Ns = (120 * 60) / 4 = 1800 RPM

در عمل، سرعت واقعی یک موتور AC کمی کمتر از سرعت سنکرون به دلیل لغزش است که تفاوت بین سرعت سنکرون و سرعت واقعی موتور است. لغزش برای موتور برای تولید گشتاور ضروری است و معمولاً در محدوده 1-5٪ برای موتورهای القایی است.

چگونه VFD های ولتاژ متوسط ​​سرعت موتور را کنترل می کنند

VFD های ولتاژ متوسط ​​سرعت یک موتور AC را با تغییر فرکانس و ولتاژ منبع الکتریکی به موتور کنترل می کنند. با تنظیم فرکانس، VFD می تواند سرعت سنکرون موتور را تغییر دهد که به نوبه خود سرعت واقعی موتور را تغییر می دهد. VFD همچنین ولتاژ را برای حفظ نسبت ثابت ولت بر هرتز (V/Hz) تنظیم می کند، که برای اطمینان از کارآمدی موتور و گرم نشدن بیش از حد لازم است.

اجزای اصلی یک VFD ولتاژ متوسط ​​شامل یکسو کننده، یک باس DC و یک اینورتر است. یکسو کننده برق AC ورودی را به برق DC تبدیل می کند که سپس در گذرگاه DC ذخیره می شود. سپس اینورتر برق DC را در فرکانس و ولتاژ مورد نظر موتور به برق AC تبدیل می کند.

یکسو کننده

یکسو کننده اولین مرحله VFD است و وظیفه تبدیل برق AC ورودی به برق DC را بر عهده دارد. دو نوع اصلی از یکسو کننده ها در VFD های ولتاژ متوسط ​​مورد استفاده قرار می گیرند: یکسو کننده های دیودی و یکسو کننده های تریستوری.

• یکسو کننده های دیود:یکسو کننده های دیودی ساده ترین و رایج ترین نوع یکسو کننده های مورد استفاده در VFD های ولتاژ متوسط ​​هستند. آنها از پلی از دیودها تشکیل شده اند که برق AC را به برق DC تبدیل می کنند. یکسو کننده های دیود نسبتا ارزان هستند و بازده بالایی دارند، اما اجازه کنترل ولتاژ باس DC را نمی دهند.
• یکسو کننده های تریستور:یکسو کننده های تریستور پیچیده تر و گرانتر از یکسو کننده های دیودی هستند، اما امکان کنترل ولتاژ باس DC را فراهم می کنند. یکسو کننده های تریستور از پلی از تریستورها تشکیل شده اند که می توانند برای تغییر مقدار ولتاژ DC در شین DC کنترل شوند. این به VFD اجازه می دهد تا ولتاژ باس DC را مطابق با الزامات موتور تنظیم کند و کارایی کلی سیستم را بهبود بخشد.

اتوبوس DC

باس DC مرحله میانی VFD است و وظیفه ذخیره برق DC از یکسو کننده را بر عهده دارد. باس DC از یک بانک خازن تشکیل شده است که ولتاژ DC را فیلتر می کند و منبع تغذیه پایداری برای اینورتر فراهم می کند. اندازه بانک خازن به توان VFD و نیاز موتور بستگی دارد.

اینورتر

اینورتر آخرین مرحله VFD است و وظیفه تبدیل برق DC از باس DC به برق AC در فرکانس و ولتاژ مورد نظر برای موتور را بر عهده دارد. دو نوع اصلی از اینورترها در VFD های ولتاژ متوسط ​​استفاده می شود: اینورترهای منبع ولتاژ (VSIs) و اینورترهای منبع جریان (CSIs).

• اینورترهای منبع ولتاژ (VSI):VSI ها رایج ترین نوع اینورتر مورد استفاده در VFD های ولتاژ متوسط ​​هستند. آنها از پلی از ترانزیستورهای دوقطبی گیت عایق (IGBT) تشکیل شده اند که می توانند برای تغییر فرکانس و ولتاژ خروجی AC کنترل شوند. VSI ها نسبتا ساده هستند و کارایی بالایی دارند، اما برای حفظ ولتاژ DC پایدار به یک بانک خازن بزرگ در باس DC نیاز دارند.
• اینورترهای منبع فعلی (CSI):CSI ها کمتر از VSI ها رایج هستند، اما در برنامه هایی استفاده می شوند که گشتاور راه اندازی بالا مورد نیاز است. آنها از پلی از تریستورها تشکیل شده اند که می توانند برای تغییر جریان و فرکانس خروجی AC کنترل شوند. CSI ها پیچیده تر و بازده کمتری نسبت به VSI ها دارند، اما نیازی به بانک خازن بزرگ در باس DC ندارند.

مزایای استفاده از VFD های ولتاژ متوسط

VFD های ولتاژ متوسط ​​مزایای زیادی نسبت به روش های سنتی کنترل موتور دارند، از جمله:

• بهره وری انرژی:با تغییر سرعت موتور برای مطابقت با نیاز بار، VFD های ولتاژ متوسط ​​می توانند مصرف انرژی را به میزان قابل توجهی کاهش دهند و در هزینه های عملیاتی صرفه جویی کنند. به عنوان مثال، موتوری که با 50 درصد سرعت نامی خود کار می کند، در مقایسه با موتوری که با سرعت کامل کار می کند، تقریباً 12.5 درصد انرژی مصرف می کند.
• کنترل دقیق سرعت:VFD های ولتاژ متوسط ​​کنترل دقیقی بر روی سرعت موتور ارائه می دهند که امکان کنترل دقیق فرآیند و بهبود کیفیت محصول را فراهم می کند. این امر به ویژه در کاربردهایی که سرعت موتور باید تنظیم شود تا با نیازهای فرآیند مطابقت داشته باشد بسیار مهم است.
• کاهش سایش و پارگی:VFD های ولتاژ متوسط ​​با روشن و خاموش کردن موتور و کاهش استرس مکانیکی روی موتور و تجهیزات محرکه می توانند طول عمر تجهیزات را افزایش داده و هزینه های تعمیر و نگهداری را کاهش دهند.
• ضریب توان بهبود یافته:VFD های ولتاژ متوسط ​​می توانند ضریب توان سیستم الکتریکی را بهبود بخشند که می تواند تقاضا در شبکه برق را کاهش دهد و در هزینه های برق صرفه جویی کند.

کاربردهای VFD ولتاژ متوسط

VFD های ولتاژ متوسط ​​در طیف گسترده ای از کاربردهای صنعتی استفاده می شوند، از جمله:

• پمپ ها و فن ها:VFD های ولتاژ متوسط ​​معمولاً برای کنترل سرعت پمپ ها و فن ها در سیستم های HVAC، تصفیه خانه های آب و فرآیندهای صنعتی استفاده می شوند. با تغییر سرعت پمپ یا فن برای مطابقت با نیاز بار، VFD های ولتاژ متوسط ​​می توانند مصرف انرژی را به میزان قابل توجهی کاهش دهند و در هزینه های عملیاتی صرفه جویی کنند.
• کمپرسورها:VFD های ولتاژ متوسط ​​برای کنترل سرعت کمپرسورها در سیستم های تبرید، کمپرسورهای هوا و خطوط لوله گاز استفاده می شوند. با تغییر سرعت کمپرسور برای مطابقت با نیاز بار، VFD های ولتاژ متوسط ​​می توانند کارایی کمپرسور را بهبود بخشند و مصرف انرژی را کاهش دهند.
• نوار نقاله و جرثقیل:VFD های ولتاژ متوسط ​​برای کنترل سرعت نوار نقاله ها و جرثقیل ها در کارخانه های تولیدی، انبارها و بنادر استفاده می شوند. با تغییر سرعت نوار نقاله یا جرثقیل برای مطابقت با نیاز بار، VFD های ولتاژ متوسط ​​می توانند بهره وری سیستم را بهبود بخشند و مصرف انرژی را کاهش دهند.
• آسیاب و سنگ شکن:VFD های ولتاژ متوسط ​​برای کنترل سرعت آسیاب ها و سنگ شکن ها در صنایع معدن، سیمان و سنگدانه استفاده می شوند. با تغییر سرعت آسیاب یا سنگ شکن برای مطابقت با نیاز بار، VFD های ولتاژ متوسط ​​می توانند کارایی فرآیند را بهبود بخشند و مصرف انرژی را کاهش دهند.

نتیجه گیری

VFD های ولتاژ متوسط ​​یک راه حل کنترل موتور قدرتمند و همه کاره هستند که کنترل دقیقی بر روی سرعت موتور، بهره وری انرژی و کاهش سایش و پارگی تجهیزات ارائه می دهد. به عنوان یک تامین کننده VFD ولتاژ متوسط، ما متعهد هستیم که محصولات با کیفیت و خدمات عالی به مشتریان خود را ارائه دهیم. اگر علاقه مند به کسب اطلاعات بیشتر در مورد VFD های ولتاژ متوسط ​​ما هستید یا سؤالی در مورد نحوه استفاده از آنها در برنامه خود دارید، لطفاًبه ما برسبرای شروع گفتگو در مورد نیازهای خاص خود ما مشتاقانه منتظر همکاری با شما هستیم تا بهترین راه حل را برای نیازهای کنترل موتور شما پیدا کنیم.

مراجع

• Boldea، I.، و Nasar، SA (1999). درایوهای الکتریکی: یک رویکرد یکپارچه مطبوعات CRC.
• Krause، PC، Wasynczuk، O.، و Sudhoff، SD (2002). تجزیه و تحلیل ماشین های الکتریکی و سیستم های محرک. Wiley-Interscience.
• Mohan، N.، Undeland، TM، و رابینز، WP (2003). الکترونیک قدرت: مبدل ها، برنامه ها و طراحی. Wiley-Interscience.