چه زمانی از درایو های فرکانسی استفاده کنیم؟

هر مهندسی لازم است تا با فناوری‌های درایو فرکانس متغیر و ساختر کلی و روند طراحی یک VFD برای کنترل موتور را درک کند.

آنچه در این مقاله خواهیم آموخت

• بررسی فن آوری های مختلف درایو فرکانس متغیر
• شناسایی ایرادها در هنگام طراحی و نصب VFD ها
• معیارهای انتخاب موتور بر اساس طبقه بندی و کاربرد

پمپ ها

سیستم‌های پمپاژ به طور گسترده در فرآیندهای مختلف در سراسر تاسیسات تصفیه آب و فاضلاب استفاده می شود. مهمتر از همه، سیستم های پمپاژ برای انتقال آب به مشتریان و در داخل تاسیسات استفاده می شود. آنها همچنین برای حذف شن و لجن و تغذیه / دوز کردن مواد شیمیایی در یک فرآیند استفاده می شوند.

ساختا سیستم های پمپاژ

انواع مختلفی از پمپ‌ها در بازار وجود دارد. هر سیستم پمپاژ از سه مورد اساسی تشکیل می شود: پمپ، موتور و کنترل کننده. کنترل‌کننده‌هایی مانند استارترهای سراسر خط و استارترهای با ولتاژ کاهش یافته در برنامه‌هایی که نیازی به کنترل دقیق نیست، استفاده می‌شوند. در این کاربردها پمپ فراخوانی می شود تا با سرعت کامل کار کند، سپس خاموش می شود.درایوهای فرکانس متغیر در جایی که به کنترل دقیق نیاز است مانند حفظ سرعت جریان، فشار، دوز و غیره محبوبیت پیدا کرده‌اند. با این حال، این کار هزینه دارد.

درایوهای فرکانس متغیر

VFD ها با نام های زیادی شناخته می شوند: درایو سرعت متغیر، درایو سرعت قابل تنظیم، درایو فرکانس قابل تنظیم، درایو جریان متناوب، میکرودرایو، اینورتر و غیره. آنها برای کنترل یک موتور با افزایش یا کاهش سرعت موتور بر اساس نیاز سیستم یا افزایش سرعت یک موتور استفاده می شوند. موتور به سرعت معین و حفظ آن سرعت.

اینورتر چیست؟

مراحل انجام

برای انجام این کار، یک VFD برق AC را به جریان مستقیم تبدیل می‌کند و سپس برق DC را برای کنترل موتور روشن/خاموش می‌کند. از مزایای استفاده از VFD می توان به صرفه جویی در انرژی، کنترل سرعت و کاهش جریان راه اندازی موتور اشاره کرد.

اجزای درایوها

VFD ها از یک پل یکسو کننده، گذرگاه DC و یک بخش اینورتر تشکیل شده اند. دیودهای موجود در پل یکسو کننده برق AC را به برق DC تبدیل می کنند. یک فیلتر سلف-خازن برق DC را در باس DC صاف می کند. یک مدار پیش‌شارژ، متشکل از یک مقاومت و کنتاکتور بای‌پس، به خازن‌های باس DC اجازه می‌دهد تا به آرامی شارژ شوند و از آسیب و/یا خرابی خازن‌ها در هنگام اعمال قدرت اولیه به VFD جلوگیری کنند. بخش اینورتر ترانزیستور دوقطبی با گیت عایق را روشن و خاموش می کند و گذرگاه DC را به یک موج سینوسی شبیه سازی شده با مدوله با عرض پالس تبدیل می کند.

ساده ترین VFD

ساده ترین VFD از یک پل دیودی تمام موج سه فاز استفاده می کند که از شش دستگاه یکسو کننده تشکیل شده است. VFD ها در این پیکربندی به عنوان درایوهای 6 پالس شناخته می شوند. کشش جریان در هر پل یکنواخت نیست، بنابراین وقتی منبع کاملاً متعادل نیست، درایو هارمونیک های بیشتری تولید می کند.

کاهش هارمونیک

برای کاهش هارمونیک ها می توان یک VFD 6 پالسی را به درایو 12 یا 18 پالسی تبدیل کرد. یک VFD 12 پالسی از دو یکسو کننده 6 پالس به صورت موازی تشکیل شده است که باس DC را تغذیه می کند و یک درایو 18 پالس دارای سه یکسو کننده 6 پالس است.

یکسو کننده ها

یکسو کننده های 12 و 18 پالس به یک ترانسفورماتور متصل می شوند که باعث تغییر فاز 20 درجه ای بین سیگنال های یکسو شده و یکسو کننده های اضافی می شود که به طور موثر هارمونیک ها را کاهش می دهد. با توجه به افزودن یکسو کننده های اضافی و ترانسفورماتورهای تغییر فاز، درایوهای 12 پالس و 18 پالس هزینه و اندازه VFD را افزایش می دهند.

تعمیر و نگهداری درایو

درایوهای جلویی فعال

درایوهای AFE با دو بخش اینورتر طراحی شده اند: یکسو کننده فعال و اینورتر/کنترل کننده. یکسو کننده فعال IGBT ها را در قسمت جلویی درایو روشن و خاموش می کند به طوری که جریان تقریباً سینوسی را از شبکه برق می گیرد. در واقع، AFE با فیلتر کردن فعال هارمونیک های تولید شده توسط VFD در هر لحظه، یک منبع تغذیه کاملا متعادل برای درایو فراهم می کند. با روشن و خاموش کردن IGBT در فیلتر فعال، درایو هارمونیک های لغو کننده ایجاد می کند که به طور موثر آنهایی را که توسط درایو استاندارد 6 پالس ایجاد می شود حذف می کند. این بدون توجه به عدم تعادل معمول در ولتاژ ورودی، هارمونیک ها را به سطوح مشخص کاهش می دهد. فیلترهای نوع خازن سلفی در بیشتر کاربردها برای کاهش هارمونیک های جریان فرکانس بالا استفاده می شوند.

درایو AFE

یک درایو نوع AFE می تواند این انرژی را بدون افزودن تجهیزات اضافی مانند مقاومت های ترمز به منبع یا موتور برق بازگرداند. هنگامی که یک بار موتور را مجبور می کند که به صورت مکانیکی سریعتر از نقطه تنظیم خود حرکت کند یا در جهت معکوس بچرخد، موتور به عنوان یک ژنراتور عمل می کند. این بدان معنی است که به جای اینکه برق را از منبع برق بگیرد، توان بیش از حد را به VFD بازگرداند. مگر اینکه VFD مجهز به مقاومت های ترمز باشد، درایو قدرت اضافی را به عنوان یک وضعیت نامطلوب می بیند و برای محافظت از خود در برابر خرابی خاموش می شود.

درایوهای ماتریسی

درایو Matrix که توسط Yaskawa ساخته شده است، یک طرح جدید VFD در بازار است. درایو Matrix از فناوری جلویی فعال استفاده می کند. این درایو AC به AC به جای درایو AC به DC است. این فناوری گذرگاه DC را حذف می کند (شکل 5 را ببینید) و خروجی AC فرکانس متغیر را مستقیماً از ورودی AC تولید می کند.

اینورتر یاسکاوا

با حذف گذرگاه DC و جایگزینی آن با 9 IGBT دو طرفه غیرخطی جریان ورودی غیرخطی حذف می شود و به طور موثر هارمونیک ها حذف می شود و نویز حالت رایج کاهش می یابد. طراحی ماتریس این امکان را فراهم می کند که نیروی احیا کننده به منبع یا موتور مشابه درایوهای AFE بدون تجهیزات اضافی هدایت شود. در کاربردهایی که برای مدت زمان قابل توجهی به سرعت کامل نیاز دارند، ماتریس می تواند IGBT های مناسب را ببندد تا ارتباط مستقیم بین ورودی و خروجی به موتور بدون استفاده از کنتاکتورهای بای پس ایجاد کند.

نصب درایو ماتریس

قبل از نصب درایو نوع Matrix باید چند مورد خاص برنامه را در نظر گرفت:در صورت بروز اختلال در ولتاژ ورودی، IGBT ها بیشتر در معرض آسیب و خرابی قرار می گیرند، که به طور بالقوه در فاصله بین خرابی ها کاهش می یابد.
ولتاژ خروجی تقریباً به 90 درصد ولتاژ ورودی محدود می شود. یک موتور برای کار کردن به مقدار ثابتی نیرو نیاز دارد. این توان با قانون اهم ارتباط دارد. اگر ولتاژ کاهش یابد جریان افزایش می یابد تا توان مورد نیاز موتور را برآورده کند. هنگامی که جریان افزایش یافته بیشتر از جریان پلاک نام باشد، گرمای بیش از حد در موتور ایجاد می شود. با گذشت زمان، گرمای بیش از حد باعث خراب شدن عایق موتور می شود که عمر موتور را کوتاه می کند و می تواند منجر به خرابی زودرس شود.

ترمز درایو

درایو ماتریکس ترمز تزریق DC ندارد. این ویژگی اجازه می دهد تا یک ولتاژ DC به سیم پیچ موتور AC پس از قطع ولتاژ AC تزریق شود و نیروی ترمز را برای روتور فراهم کند. بدون اتوبوس DC، ترمز تزریق DC وجود ندارد. در کاربردهای فن، زمانی که فن قبل از راه اندازی VFD به صورت معکوس حرکت می کند، درایو ماتریکس در متوقف کردن فن قبل از افزایش سرعت با مشکل مواجه می شود.

خرید مقاومت ترمز

ملاحظات نصب

هنگام نصب یا جایگزینی VFD موارد متعددی وجود دارد که باید در نظر گرفته شوند: کاهش هارمونیک، حفاظت از موتور و کابل امواج بازتابی، کاهش تداخل الکترومغناطیسی/ نویز و افزایش دما.

منبع : سایت یاسکاوا