درایو فرکانس متغیر چیست ؟

Variable Frequency Drive (VFD) نوعی کنترل کننده موتور است که با تغییر فرکانس و ولتاژ عرضه شده به موتور الکتریکی ، موتور الکتریکی را هدایت می کند. نام های دیگر VFD درایو سرعت متغیر ، درایو سرعت قابل تنظیم ، درایو فرکانس قابل تنظیم ، درایو AC ، میکرو درایو و اینورتر است. فرکانس (یا هرتز) با سرعت موتور (دور در دقیقه) ارتباط مستقیم دارد. به عبارت دیگر هرچه فرکانس سریعتر باشد سرعت دور در دقیقه نیز سریعتر می رود. اگر کاربردی به سرعت کامل موتور الکتریکی احتیاج نداشته باشد ، می توان از VFD برای کاهش فرکانس و ولتاژ برای تأمین نیازهای بار موتور الکتریکی استفاده کرد. با تغییر الزامات سرعت موتور در کاربرد، VFD به راحتی می تواند دور موتور را کم یا زیاد کند تا سرعت مورد نیاز را برآورده کند.

یک درایو فرکانس متغیر چگونه کار می کند؟

اولین مرحله درایو AC با فرکانس متغیر یا VFD ، مبدل است. مبدل از شش دیود تشکیل شده است که مشابه شیرهای کنترل شده در سیستم های لوله کشی هستند. آنها اجازه می دهند تا جریان فقط در یک جهت جریان یابد. جهت نشان داده شده توسط فلش در نماد دیود. به عنوان مثال ، هرگاه ولتاژ فاز A (ولتاژ مشابه فشار در سیستم های لوله کشی) مثبت تر از ولتاژ فاز B یا C باشد ، آن دیود باز می شود و اجازه می دهد جریان جریان یابد. هنگامی که فاز B مثبت تر از فاز A شود ، آنگاه دیود فاز B باز می شود و دیود فاز A بسته می شود. همین امر برای 3 دیود سمت منفی صدق می کند. بنابراین ، با باز و بسته شدن هر دیود ، شش “پالس” فعلی به دست می آوریم. این “VFD شش پالسی” نامیده می شود ، که پیکربندی استاندارد درایوهای فرکانس متغیر فعلی است.
فرض کنیم که درایو بر روی سیستم قدرت 480 ولت کار می کند. 480 ولت به صورت “rms” یا ریشه میانگین مربع است. پیک های سیستم 480 ولت 679 ولت است. همانطور که مشاهده می کنید ، باس dc درایو دارای ولتاژ dc با یک ریپل AC است. ولتاژ بین تقریباً 580 ولت و 680 ولت تغییر می کند.
با افزودن یک خازن می توانیم از شر امواج موجدار در باس DC خلاص شویم. یک خازن به روشی مشابه مخزن یا باتری در سیستم لوله کشی کار می کند. این خازن موج متناوب را جذب کرده و ولتاژ مستقیم DC را تحویل می دهد. ریپل AC در گذرگاه DC معمولاً کمتر از 3 ولت است. بنابراین ، ولتاژ در گذرگاه DC “تقریبا” 650VDC می شود. ولتاژ واقعی به سطح ولتاژ خط AC تغذیه کننده درایو ، سطح عدم تعادل ولتاژ در سیستم قدرت ، بار موتور ، امپدانس سیستم قدرت و هرگونه راکتور یا فیلتر هارمونیک درایو بستگی دارد. مبدل پل دیود که AC-به-DC را تبدیل می کند ، گاهی اوقات فقط به عنوان مبدل شناخته می شود. مبدلی که dc را به AC تبدیل می کند نیز مبدل است ، اما برای تمایز آن از مبدل دیود ، معمولاً از آن به عنوان “اینورتر” یاد می شود. در صنعت معمول شده است که از هر مبدل DC به AC به عنوان اینورتر یاد می شود.
وقتی یکی از کلیدهای بالای اینورتر را می بندیم ، آن فاز موتور به باس مثبت dc متصل می شود و ولتاژ روی آن فاز مثبت می شود. وقتی یکی از کلیدهای پایین را در مبدل می بندیم ، آن فاز به گذرگاه منفی dc متصل می شود و منفی می شود. بنابراین ، می توانیم هر فاز روی موتور را به میل خود مثبت یا منفی کنیم و بنابراین می توانیم هر فرکانسی را که می خواهیم تولید کنیم. بنابراین ، می توانیم هر مرحله را مثبت ، منفی یا صفر کنیم.
توجه داشته باشید که خروجی از VFD یک شکل موج “مستطیل شکل” است. VFD خروجی سینوسی تولید نمی کند. این شکل موج مستطیلی برای سیستم توزیع عمومی منظور خوبی نیست ، اما برای موتور کاملاً مناسب است. اگر می خواهیم فرکانس موتور را به 30 هرتز کاهش دهیم ، پس ترانزیستورهای خروجی اینورتر را به آرامی تغییر می دهیم. اما ، اگر فرکانس را به 30 هرتز کاهش دهیم ، باید ولتاژ را نیز به 240 ولت کاهش دهیم تا بتوانیم نسبت V / Hz را حفظ کنیم. اگر تنها ولتاژی که داریم 650VDC چگونه می خواهیم ولتاژ را کاهش دهیم؟ به این اصطلاح Pulse Width Modulation یا PWM گفته می شود. تصور کنید که با روشن و خاموش کردن سوپاپ با سرعت زیاد می توانیم فشار را در یک خط آب کنترل کنیم. اگرچه این برای سیستم های لوله کشی عملی نیست ، اما برای VFD بسیار خوب است. توجه داشته باشید که در طول نیمه اول چرخه ، ولتاژ نیمی از زمان روشن و نیمی از زمان خاموش است. بنابراین ، ولتاژ متوسط ​​نیمی از 480 ولت یا 240 ولت است. با پالسی کردن خروجی ، می توانیم به هر ولتاژ متوسطی در خروجی VFD برسیم.

چرا باید از VFD استفاده کنیم؟

1 – مصرف انرژی و هزینه های انرژی را کاهش دهید

اگر برنامه ای دارید که نیازی به اجرای آن با سرعت کامل نیست ، پس می توانید با کنترل موتور با درایو فرکانس متغیر ، هزینه انرژی را کاهش دهید ، این یکی از مزایای درایوهای فرکانس متغیر است. VFD به شما این امکان را می دهد تا سرعت تجهیزات موتور محرک را با نیاز بار مطابقت دهید. هیچ روش دیگری برای کنترل موتور الکتریکی AC وجود ندارد که به شما امکان می دهد این کار را انجام دهید.
سیستم های موتور الکتریکی مسئول بیش از 65٪ از انرژی مصرفی امروزه در صنعت هستند. بهینه سازی سیستم های کنترل موتور با نصب یا ارتقا به VFD ها می تواند تا 70٪ از مصرف انرژی در تأسیسات شما بکاهد. علاوه بر این ، استفاده از VFD ها کیفیت محصول را بهبود می بخشد و هزینه های تولید را کاهش می دهد. با ترکیب مشوق های مالیاتی بهره وری انرژی و تخفیفات سودمندی ، بازده سرمایه گذاری برای تأسیسات VFD می تواند به 6 ماه برسد.

 

2 – افزایش تولید از طریق کنترل دقیق تر فرآیند

با کارکردن موتورهای خود با بیشترین سرعت برای برنامه ، اشتباهات کمتری اتفاق می افتد و بنابراین ، سطح تولید افزایش می یابد که درآمد بیشتری برای شرکت شما به همراه دارد. در نوار نقاله ها و تسمه ها حرکت تند و سریع هنگام راه اندازی را از بین می برید.

3 – افزایش عمر تجهیزات و کاهش تعمیر و نگهداری

تجهیزات شما طولانی تر می شوند و به دلیل تعمیر و نگهداری هنگامی که توسط VFD کنترل می شود و سرعت بهینه موتور را تضمین می کند ، زمان کمتری خواهد داشت. به دلیل کنترل بهینه VFD ها بر روی فرکانس و ولتاژ موتور ، VFD محافظت بهتری از موتور شما در برابر مسائلی مانند اضافه بار حرارتی الکتریکی ، محافظت فاز ، ولتاژ ، ولتاژ اضافی و غیره ارائه می دهد. هنگام شروع بار با VFD ، موتور یا بار رانده شده را از طریق خط شروع به ضربه “فوری” نمی کند ، اما می تواند بدون مشکل شروع به کار کند ، در نتیجه سایش ، دنده و تحمل بلبرینگ از بین می رود. همچنین یک روش عالی برای کاهش و یا از بین بردن اثر چکش آب است زیرا ما می توانیم سیکل های شتاب و کاهش سرعت را داشته باشیم.