מהו מעגל כונן vfd: פעולתו, סוגיו ויישומיו

יש המון מפעלים ומפעלים בעולם המשתמשים בסוג אחר של מנועים בעלי הספק גבוה. בשל צריכת החשמל הגבוהה, המפעלים והמפעלים משלמים בסופו של דבר חשבונות אנרגיה גבוהים. כדי להתגבר על צריכת החשמל הגבוהה וכדי להגביר את היעילות, ה- VFD הוצג לפני ארבעה עשורים אך המעגלים לא היו חזקים מספיק.

VFD הוא הצורה הקצרה של כונן תדרים משתנה או כונן תדרים מתכוונן. התדר קובע את סל"ד המנוע ועל ידי שליטה על תדר ה- AC ניתן לשלוט על סל"ד המנוע. סוגים שונים של מכשירי VFD זמינים בשוק האלקטרוניקה והחשמל, החל ביישומים הקשורים למנוע קטן וכלה במנועי אינדוקציה בעלי הספק גבוה. מלבד ה- VFD התלת-פאזי, קיימים גם VFDs שלב אחד.

מעגל VFD והפעלתו

מעגל VFD מורכב משלושה חלקים.

1. קטע המיישר

2. קטע המסנן

3. קטע המיתוג או המהפך.

בתמונה למטה שלושת החלקים מוצגים בתוך תרשים בלוקים. זוהי דיאגרמת בלוק מעגל בסיסית של VFD תלת פאזי.

מקטע מיישר במעגל VFD

החלק המיישר משתמש בשש דיודות. הדיודות D1, D2 ו- D3 מחוברות למסילה החיובית והדיודה D4, D5 ו- D6 מחוברות למסילה השלילית. 6 דיודות אלה משמשות כגשר דיודה הממיר את אות ה- AC תלת פאזי למסילה DC אחת. שלושת השלבים R, B ו- Y מחוברים לרוחב הדיודה. בהתאם לקוטביות הגל הסינוסי, הדיודות מקדימות מוטות או מוטות קדימה ובכך מספקות דופק חיובי או דופק שלילי במעקה חיובי ושלילי כאחד.

למידע נוסף על אופן הפעולה של מיישר, פשוט עקוב אחר הקישור.

קטע סינון של מעגל VFD

כידוע דיודות המיישר הסטנדרטיות ממירות רק את אות ה- AC ל- DC, אך אות ה- DC המוצא אינו חלק מספיק מכיוון שיש גם אדוות AC תלויות תדר הקשורות אליו. כדי לתקן את אדוות ה- AC וכדי לייצר פלט DC חלק, יש דרישה למסנני דחיית אדווה כלשהם. המרכיב הסטנדרטי עבור המסנן הוא שימוש בסוגים שונים של קבלים ומשרנים גדולים. בחלק המסנן, בעיקר הקבל מסנן את אדווה ה- AC ומספק פלט DC חלק.

בחלק מהמקרים, סוגים אחרים של פילטרים משמשים גם להפחתת רעשי הכניסה וההרמוניות של קלט.

קטע מיתוג או מהפך במעגל VFD

קטע המיתוג או המהפך הופך את ה- DC ל- AC. בחלק זה משתמשים בסוגים שונים של מתגים אלקטרוניים, החל בטרנזיסטורים בעלי הספק גבוה, IGBT או MOSFET. המתגים מופעלים או נכבים במהירות והעומס מקבל מתח פועם הדומה מאוד לזרם חילופין. תדר המוצא פרופורציונאלי לקצב המיתוג. קצב מיתוג גבוה מספק תפוקה בתדר גבוה ואילו קצב מיתוג נמוך מספק תפוקה בתדר נמוך.

סוגים שונים של VFD

תלוי איך VFD ממיר כוח זרם חשמל לכוח זרם זרם DC ועושה תיקון ישנם סוגים אחרים של VFD זמינים בשוק.

שלושת הסוגים העיקריים של VFD הם VSI , CSI ו- PWM .

VFD מסוג VSI

VSI מייצג מהפך מקור-מתח. זהו הסוג הנפוץ ביותר של מנהל התקנים בתדירות משתנה. בסוג זה של VFD, גשר דיודות פשוט משמש להמרת אות ה- AC לזרם DC וקבל משמש לאחסון האנרגיה. מעגל מיתוג מהפך משתמש באנרגיה המאוחסנת בקבל ומספק את הפלט.

יתרון

1. יש לו טווח מהירות טוב.

2. מתקן בקרת מנוע מרובה. ניתן לחבר מנועים מרובים עם VFD מסוג VSI יחיד.

3. עיצוב פשוט.

4. זה חסכוני מצד הייצור וההתקנה.

חסרונות

1.Due כדי cogging השפעה, בפנים המנוע עומס מקפיץ במהלך המצב להתחיל ולהפסיק.

2. הפלט מספק סוגים שונים של הרמוניות ורעשים.

3. אם מהירות המנוע נשלטת או המהירות מופחתת, גורם הכוח הכולל נפגע במידה רבה וכתוצאה מכך גורם כוח נמוך.

VFD מסוג CSI

CSI מייצג מהפך מקור נוכחי. VFD מסוג VSI מתוכננים בצורה כזו שהיא יכולה לספק פלט מתח חלק בהתאם לטווח התדרים המשתנה, אך ב- VFD מסוג CSI הבנייה אמינה בזרם במקום במתח. כמו כן, במקרה של CSI, במקום מיישר גשר הדיודה, נעשה שימוש בממיר גשר SCR. אנרגיית המוצא מסוננת באמצעות משרנים סדרתיים כחלופה של קבלים ליציאת זרם חלק. VFD מסוג CSI פועל כמו גנרטור זרם קבוע. במקום גל מרובע של מתח, VFD מסוג CSI מסוגל לספק גל מרובע של זרם.

יתרון

1. אמין ואז VFD מסוג VSI.

2. תמיכה במנועי אינדוקציה בעלי כוח סוס גבוה יותר כאשר VSI אינו בחירה מתאימה.

3. עיצוב פשוט.

4. יכולות התחדשות טובות.

חסרונות

1. גורם הכוח הכללי גרוע, במיוחד בסל"ד נמוך.

2. אפקט סתימה קיים ויכול לרטט את פיר המנוע בזמן הריצה.

3. זה לא מתאים להפעלה רב-מוטורית בגין VSI.

VFD מסוג PWM

זוהי גרסה משופרת ומותאמת ל- VFD מסוג VSI. PWM מייצג אפנון רוחב דופק. באמצעות טכניקת PWM VFDs מסוגלים לספק פלט מתח יציב המתוחזק ביחס תדר. הקונסטרוקציה משתמשת בגשר דיודה כדי לתקן את אות ה- AC לאות DC. מעגל המיתוג שולט במחזור החובה בטווח תדרים משתנה. רגולטור נוסף משמש לוויסות פלט ה- PWM כדי לספק מתח וזרם יציבים ונכונים לעומס.

יתרון

1. אין סתימה או מטלטל.

2. טווח מהירות וטווח רחב.

3. מורכב מסוג שונה של מעגלי הגנה.

4. גורם כוח קבוע.

5. לגרום ליעילות גבוהה מאוד.

6. אנרגיה יעילה.

חסרונות

1. מורכב לעיצוב.

2. מורכב ביחס ליישום.

3. דורש חומרה נוספת.

4. ייצור רעשים נשמע במעגל הנהג.

5. פתרון כללי.

כיצד לבחור VFD ליישום שלי?

כדי לבחור את ה- VFD המתאימים ליישום ספציפי, נדרשת הבנה טובה של העומס. סוגים שונים של מנועים מייצרים סוגים שונים של מומנט. בחלק מהיישומים יש צורך במומנט קבוע ואילו ביישומים אחרים יש לשלוט על המומנט. כמו כן העומס על המנוע הוא הגורם הקובע למפרט המנוע, בעיקר דירוג ההספק.

כדי לבחור את ה- VFD המתאים ליישום הנכון עלינו להעריך או לשקול את הדברים הבאים.

1. כוח סוס של המנוע

2. העלות

3. סביבת ההפעלה של ה- VFD והמנועים

4. שלב חד פעמי או תלת פאזי

5. VFD יחיד עם מנוע יחיד או VFD יחיד עם מספר מנועים

6. דרישות תכונות בקרה נוספות

יתרונות ה- VFD

יש הרבה סיבות מדוע VFD הוא בחירה פופולרית עבור הצרכן, שם בקרים אחרים זמינים. הסיבה החשובה ביותר לפופולריות של VFD היא יכולות צריכת האנרגיה הנמוכות ועלות ההתקנה הראשונית. VFD מציע יעילות גבוהה מבחינת צריכת אנרגיה שאינה כל התקני בקר באותו קטע. בשל כך, במקרה של מפעלים גדולים ומפעלים בהם נדרשים מנועי כוח סוס גדולים יותר, VFD מציע צריכת חשמל נמוכה ובכך מוריד את סכום חשבון האנרגיה ומספק הזדמנויות לחיסכון בעלויות.

VFD מגביל את זרם הזרימה במהלך התנעה והפסקת המנוע, מה שמקטין גם את עומס הזרימה בקו האספקה, וכן מספק מרווח בטיחות למנועים היקרים.

מלבד היתרונות הנ"ל VFD יכול להוריד את עלות אחזקת המערכת. אין צורך בחיבורי חשמל ובקרת חשמל נוספים. ישנן אפשרויות לחיבור מנועים מרובים הניתנים לשליטה באמצעות VFD יחיד אשר מפחיתים עוד יותר את עלות הגדרת המערכת.

חסרונות ה- VFD

עם זאת, למרות היתרונות הנ"ל, ישנם מספר חסרונות הקשורים גם למערכת ה- VFD. החיסרון העיקרי של מערכת ה- VFD הוא השקעת ההתקנה הראשונית. עבור מפעל או מפעל בו יש לשלוט על מנועי כוח סוס מרובים באמצעות VFD, נדרש השקעות גבוהות.

כמו כן, VFD גורם לחימום המנוע וזקוק לבניית מנועים מיוחדים. הבנייה זקוקה לסוגים מיוחדים של בידוד מנוע, כמו כן יש לציין את המנועים ליישומים בעלי דירוג מהפך.

חסרון עיקרי נוסף של VFD הוא שקו החשמל העיקרי של המקור מוטרד מאוד עם עיוותים, והרמוניות מחרצות קו. בשל כך, שאר המכשירים המחוברים באותו קו חשמל נפגעים גם במצב ההפעלה.

עם זאת, ההתקדמות של תעשיית המוליכים למחצה המודרניים שיפרה מאוד את בניית מערכות ה- VFD המודרניות. לפני עידן התקני מצב מוצק, מכונות סיבוביות הן המרכיב העיקרי המשמש לייצור ה- VFD. בעידן המיקרו-מעבד המודרני, מכשירי ה- VFD מצוידים בכל מיני הגנות כגון מתח תת, מתח יתר, הגנת עומס יתר תרמי וכו 'עם מתקני בקרה מתאימים. יישום המנוע בענף אחראי על 25% מצריכת האנרגיה החשמלית בעולם, שניתן לשלוט ביעילות באמצעות VFD.