Vad är vfd-enhetskrets: dess funktion, typer och applikationer

Det finns många fabriker och anläggningar i världen som använder en annan typ av motorer med hög effekt. På grund av den höga energiförbrukningen betalar fabrikerna och anläggningarna en stor mängd energiräkningar. För att övervinna den höga energiförbrukningen och öka effektiviteten introducerades VFD för fyra decennier sedan men kretsarna var inte tillräckligt starka.

VFD är den korta formen av en variabel frekvensomformare eller justerbar frekvensomformare. Frekvensen bestämmer motorns varvtal och genom att styra växelströmsfrekvensen kan motorvarvtalet styras. Olika typer av VFD finns på elektronik- och elmarknaden, allt från små motorrelaterade applikationer till högeffektsinduktionsmotorer. Förutom trefas VFD: er finns även enfas VFD: er.

VFD-krets och dess funktion

En VFD-krets består av tre delar.

1. Likriktaravsnittet

2. Filtersektionen

3. Omkopplings- eller växelriktarsektionen.

I bilden nedan visas de tre sektionerna i ett blockschema. Detta är ett grundläggande kretsblockschema för en trefas VFD.

Likriktaresektion av VFD-krets

likriktarsektionen använder 6 dioder. Dioderna D1, D2 och D3 är anslutna till den positiva skenan och dioderna D4, D5 och D6 är anslutna till den negativa skenan. Dessa 6 dioder fungerar som en diodbrygga som omvandlar trefas växelströmssignal till en enda DC-skena. Trefas R, B och Y är anslutna över dioden. Beroende på sinusformad vågpolaritet blir dioderna förspända eller bakåtförspända, vilket ger en positiv puls eller en negativ puls i både positiv och negativ skena.

För att lära dig mer om hur likriktare fungerar, följ bara länken.

Filtersektion av VFD-krets

Som vi vet omvandlar standardlikriktardioderna bara växelspänningssignalen till likström, men utgångens likströmssignal är inte tillräckligt smidig eftersom det också finns frekvensberoende växelringar. För att rätta till AC-krusning och för att göra en jämn DC-utgång krävs ett slags krusningsavvisningsfilter. Standardkomponenten för filtret är att använda olika typer av stora kondensatorer och induktorer. I filteravsnittet filtrerar huvudsakligen kondensatorn bort AC-krusningen och ger jämn likström.

I vissa fall används även andra typer av filter för att minska ingången till AC-ljud och övertoner.

Omkopplare eller växelriktare i VFD-kretsen

Omkopplings- eller växelriktarsektionen inverterar DC till AC. I detta avsnitt används olika typer av elektroniska omkopplare, allt från transistorer med hög effekt, IGBT eller MOSFET. Strömställarna slås snabbt på eller av och belastningen får en pulserande spänning som liknar växelström. Utgångsfrekvensen är proportionell mot kopplingshastigheten. Hög omkopplingshastighet ger högfrekvent utsignal medan låg omkopplingshastighet ger lågfrekvensutgång.

Olika typer av VFD

Beroende på hur VFD omvandlar växelström till likström och korrigerar det finns andra typer av VFD-enheter tillgängliga på marknaden.

De viktigaste tre typerna av VFD är VSI , CSI och PWM .

VSF-typ VFD

VSI står för Voltage-source inverter. Detta är den vanligaste typen av drivrutin med variabel frekvens. I denna typ av VFD: er används en enkel diodbro för att omvandla växelströmssignalen till likström och en kondensator används för att lagra energin. En växelriktarkopplingskrets använder den lagrade energin i kondensatorn och ger utgången.

Fördel

1.Den har ett bra hastighetsområde.

2.Multiple motor control facilitet. Flera motorer kan anslutas med en enda VSF-typ VFD.

3. enkel design.

4.Det är kostnadseffektivt från produktions- och installationssidan.

Nackdelar

1. På grund av kuggningseffekt ryckar belastningsmotorn under start- och stoppsituationen.

2.Produkten ger olika typer av övertoner och ljud.

3.Om motorhastigheten kontrolleras eller hastigheten minskar, blir den totala effektfaktorn till stor del hämmad vilket resulterar i dålig effektfaktor.

CSF-typ VFD

CSI står för strömkällaomformare. VSF-typ VFD: er är utformade på ett sådant sätt att det kan ge jämn spänningsutgång beroende på det variabla frekvensområdet, men i CSI-typ VFD: er är konstruktionen beroende av ström istället för spänning. I fallet med CSI används också SCR-bryggomvandlare istället för diodbrolikriktaren. Utgångsenergin filtreras med serieinduktorer som ett alternativ till kondensatorer för jämn strömutgång. CSF-typ VFD: er fungerar som som konstantströmsgenerator. Istället för en fyrkantig spänningsvåg kan CSI-typ VFD: er tillhandahålla fyrkantig ström av ström.

Fördel

1.Pålitlig då VSF-typ VFD.

2.Stöd induktionsmotorer med högre hästkrafter där VSI inte är ett lämpligt val.

3. enkel design.

4.Bra möjligheter till regenerering.

Nackdelar

1. Den totala effektfaktorn är dålig, särskilt vid lågt varvtal.

2.Kopplingseffekt finns och kan vibrera motoraxeln under körning.

3.Det är inte lämpligt för flermotorisk drift med avseende på VSI.

PWM-typ VFD

Detta är en förbättrad och modifierad version av VSF-typ VFD. PWM står för pulsbreddsmodulering. Med hjälp av PWM-tekniken kan VFD: erna tillhandahålla stabil spänningsutgång som upprätthålls med ett frekvensförhållande. Konstruktionen använder en diodbro för att rätta till växelströmssignalen till en likströmssignal. Omkopplingskretsen styr arbetscykeln i ett variabelt frekvensområde. En ytterligare regulator används för att reglera PWM-utgången för att ge stabil och korrekt spänning och ström till belastningen.

Fördel

1. ingen igensättning eller ryckeffekt.

2. brett hastighet och kontrollområde.

3. bestå av olika typer av skyddskretsar.

4. konstant effektfaktor.

5. inducera mycket hög effektivitet.

6.Energieffektiv.

Nackdelar

1.Komplex att designa.

2.Komplex med avseende på genomförandet.

3. Kräver ytterligare hårdvara.

4. hörbar ljudgenerering i förarkretsen.

5. kostnadslösning.

Hur väljer jag VFD för min ansökan?

För att välja rätt VFD för en specifik applikation krävs en god förståelse för belastningen. Olika typer av motorer ger olika typer av vridmoment. I vissa applikationer är konstant vridmoment nödvändigt medan i andra applikationer måste vridmomentet kontrolleras. Även belastningen över motorn är avgörande faktor för motorspecifikationen, främst effektklassificeringen.

För att välja lämplig VFD för rätt applikation måste vi utvärdera eller överväga följande saker.

1. Motorns hästkrafter

2. Kostnaden

3. Driftmiljön för VFD och motorer

4. Enfas eller trefas

5. Enkel VFD med enmotor eller enstaka VFD med flera motorer

6. Ytterligare krav på kontrollfunktioner

Fördelar med VFD

Det finns många anledningar till att VFD är ett populärt val för konsumenten där andra regulatorer är lätt tillgängliga. Den viktigaste anledningen till VFD: s popularitet är de låga energiförbrukningsfunktionerna och initiala installationskostnader. VFD erbjuder hög effektivitet när det gäller energiförbrukning än någon annan styrenhet i samma segment. På grund av detta, vid stora fabriker och anläggningar där större hästkrafter krävs, erbjuder VFD låg energiförbrukning, vilket minskar energiräkningen och ger kostnadsbesparande möjligheter.

VFD begränsar startströmmen under motorns start- och stopptillstånd, vilket också minskar startbelastningen i matningsledningen, samt ger en säkerhetsmarginal för de dyra motorerna.

Förutom ovanstående fördelar kan VFD sänka systemets underhållskostnad. Inga ytterligare kostsamma elektriska anslutnings- och kontrolloperationer behövs. Det finns alternativ för att ansluta flera motorer som kan styras med en enda VFD, vilket ytterligare minskar ytterligare systeminstallationskostnader.

Nackdelar med VFD

Trots ovanstående fördelar finns det dock några nackdelar som är förknippade med VFD-systemet. Den primära nackdelen med VFD-systemet är den initiala installationsinvesteringen. För en fabrik eller en anläggning där flera motorer med hög hästkrafter måste styras med VFD: er krävs höga investeringar.

Dessutom orsakar VFD motoruppvärmning och behöver speciell motorkonstruktion. Konstruktionen behöver speciella typer av motorisoleringar, såväl som motorerna måste specificeras för applikationer med växelriktare.

Andra stora nackdelar med VFD är att huvudkällkraftledningen är mycket störd med distorsion, linjehak övertoner. På grund av detta hindras också andra enheter som är anslutna i samma kraftledning under driftstillståndet.

Framstegen inom den moderna halvledarindustrin har dock förbättrat konstruktionen av moderna VFD-system. Innan solid state-enhetens era är roterande maskiner huvudkomponenten som används för att tillverka VFD: erna. Under den moderna mikroprocessortiden är VFD utrustad med alla möjliga skydd som underspänning, överspänning, skydd mot termisk överbelastning etc. med korrekta kontrollanordningar. Motorapplikationen i branschen ansvarar för 25% av världens elektriska energiförbrukning, som kan styras effektivt med hjälp av VFD.