- Mạch VFD và hoạt động của nó
- Phần chỉnh lưu của mạch VFD
- Phần bộ lọc của mạch VFD
- Phần chuyển mạch hoặc biến tần của mạch VFD
- Các loại VFD khác nhau
- VSI loại VFDs
- CSI loại VFDs
- VFD loại PWM
- Làm cách nào để chọn VFD cho Ứng dụng của tôi?
- Ưu điểm của VFD
- Nhược điểm của VFD
Có rất nhiều nhà máy và nhà máy trên thế giới sử dụng một loại động cơ công suất lớn khác nhau. Do mức tiêu thụ điện năng cao, các nhà máy và nhà máy sẽ phải trả một lượng hóa đơn năng lượng cao. Để khắc phục tình trạng tiêu thụ điện năng cao và tăng hiệu suất, VFD đã được giới thiệu cách đây bốn thập kỷ nhưng mạch không đủ mạnh.
VFD là dạng viết tắt của Biến tần biến tần hoặc biến tần có thể điều chỉnh. Tần số xác định RPM của động cơ và bằng cách điều khiển tần số AC, RPM của động cơ có thể được điều khiển. Các loại VFD khác nhau có sẵn trên thị trường điện tử, từ các ứng dụng liên quan đến động cơ nhỏ đến động cơ cảm ứng công suất lớn. Ngoài VFD ba pha, VFD một pha cũng có sẵn.
Mạch VFD và hoạt động của nó
Một mạch VFD bao gồm ba phần.
1. Phần chỉnh lưu
2. Phần bộ lọc
3. Phần chuyển mạch hoặc biến tần.
Trong hình ảnh dưới đây, ba phần được hiển thị bên trong một sơ đồ khối. Đây là sơ đồ khối mạch cơ bản của VFD ba pha.
Phần chỉnh lưu của mạch VFD
phần chỉnh lưu sử dụng 6 điốt. Các điốt D1, D2 và D3 được kết nối với thanh dương và điốt D4, D5 và D6 được kết nối với thanh âm. 6 điốt đó hoạt động như một cầu điốt chuyển đổi tín hiệu AC ba pha thành một đường ray DC duy nhất. Ba pha R, B và Y được kết nối qua diode. Tùy thuộc vào cực của sóng hình sin, các điốt được phân cực thuận hoặc phân cực ngược, do đó cung cấp xung dương hoặc xung âm trong cả đường ray dương và âm.
Để tìm hiểu thêm về cách hoạt động của bộ chỉnh lưu, chỉ cần theo liên kết.
Phần bộ lọc của mạch VFD
Như chúng ta đã biết các điốt chỉnh lưu tiêu chuẩn chỉ chuyển đổi tín hiệu AC thành DC, nhưng tín hiệu DC đầu ra không đủ mượt vì có các gợn sóng AC phụ thuộc tần số cũng được kết hợp với nó. Để điều chỉnh gợn sóng AC và tạo ra một đầu ra DC trơn tru, cần có một số loại bộ lọc loại bỏ gợn sóng. Thành phần tiêu chuẩn cho bộ lọc là sử dụng các loại tụ điện và cuộn cảm lớn khác nhau. Trong phần bộ lọc, chủ yếu là tụ lọc loại bỏ gợn sóng AC và cung cấp đầu ra DC mượt mà.
Trong một số trường hợp, các loại bộ lọc khác cũng được sử dụng để giảm nhiễu AC đầu vào và sóng hài.
Phần chuyển mạch hoặc biến tần của mạch VFD
Phần chuyển mạch hoặc biến tần sẽ chuyển đổi DC thành AC. Trong phần này, các loại công tắc điện tử khác nhau được sử dụng, từ các bóng bán dẫn công suất cao, IGBT hoặc MOSFET. Các công tắc được bật hoặc tắt nhanh chóng và tải nhận được một điện áp xung rất giống với điện xoay chiều. Tần số đầu ra tỷ lệ với tốc độ chuyển mạch. Tốc độ chuyển mạch cao cung cấp đầu ra tần số cao trong khi tốc độ chuyển mạch thấp cung cấp đầu ra tần số thấp.
Các loại VFD khác nhau
Tùy thuộc vào cách VFD chuyển đổi nguồn AC thành nguồn DC và thực hiện chỉnh lưu, có các loại VFD khác có sẵn trên thị trường.
Các chính ba loại VFD là VSI , CSI, và PWM .
VSI loại VFDs
VSI là viết tắt của Biến tần nguồn điện áp. Đây là loại phổ biến nhất của trình điều khiển tần số thay đổi. Trong loại VFD này, một cầu diode đơn giản được sử dụng để chuyển đổi tín hiệu AC thành DC và một tụ điện được sử dụng để lưu trữ năng lượng. Một mạch chuyển đổi nghịch lưu sử dụng năng lượng tích trữ trong tụ điện và cung cấp đầu ra.
Lợi thế
1. nó có một phạm vi tốc độ tốt.
2. nhiều cơ sở điều khiển động cơ. Nhiều động cơ có thể được kết nối với VFD loại VSI duy nhất.
3. thiết kế đơn giản.
4. nó là hiệu quả về chi phí từ phía sản xuất và lắp đặt.
Nhược điểm
1.Do hiệu ứng cogging, động cơ tải phải đối mặt với giật trong tình huống khởi động và dừng.
2. đầu ra cung cấp các loại sóng hài và tiếng ồn khác nhau.
3.Nếu tốc độ động cơ được điều khiển hoặc giảm tốc độ, hệ số công suất tổng thể bị cản trở phần lớn dẫn đến hệ số công suất kém.
CSI loại VFDs
CSI là viết tắt của biến tần nguồn hiện tại. VFD loại VSI được thiết kế theo cách mà nó có thể cung cấp đầu ra điện áp mượt mà tùy thuộc vào dải tần số thay đổi nhưng trong VFD loại CSI, cấu trúc phụ thuộc vào dòng điện thay vì điện áp. Ngoài ra, trong trường hợp CSI, thay vì bộ chỉnh lưu cầu diode, bộ chuyển đổi cầu SCR được sử dụng. Năng lượng đầu ra được lọc bằng cách sử dụng cuộn cảm nối tiếp như một sự thay thế của tụ điện để đầu ra dòng điện trơn tru. Các VFD loại CSI hoạt động giống như bộ tạo dòng điện không đổi. Thay vì sóng vuông của điện áp, VFD loại CSI có khả năng cung cấp dòng điện sóng vuông.
Lợi thế
1. đáng tin cậy sau đó VFD loại VSI.
2.Hỗ trợ động cơ cảm ứng mã lực cao hơn trong đó VSI không phải là lựa chọn phù hợp.
3. thiết kế đơn giản.
4. khả năng tái sinh tốt.
Nhược điểm
1. Hệ số công suất tổng thể kém, đặc biệt là ở RPM thấp.
2.Hiệu ứng động cơ tồn tại và có thể làm rung trục động cơ khi đang chạy.
3. Nó không thích hợp cho hoạt động đa động cơ đối với VSI.
VFD loại PWM
Đây là phiên bản cải tiến và sửa đổi của VFD loại VSI. PWM là viết tắt của điều chế độ rộng xung. Sử dụng kỹ thuật PWM, VFD có thể cung cấp đầu ra điện áp ổn định được duy trì với tỷ lệ tần số. Cấu tạo sử dụng cầu diode để chỉnh lưu tín hiệu AC thành tín hiệu DC. Mạch chuyển mạch điều khiển chu kỳ làm việc trong một dải tần số thay đổi. Một bộ điều chỉnh bổ sung được sử dụng để điều chỉnh đầu ra PWM nhằm cung cấp điện áp và dòng điện ổn định và thích hợp cho Tải.
Lợi thế
1. không có hiệu ứng tắc nghẽn hoặc giật.
2. tốc độ rộng và phạm vi kiểm soát.
3.Consist các loại mạch bảo vệ khác nhau.
4. hệ số công suất ổn định.
5. tạo ra hiệu quả rất cao.
6. năng lượng hiệu quả.
Nhược điểm
1. đơn giản để thiết kế.
2. đơn giản về việc thực hiện.
3. Yêu cầu phần cứng bổ sung.
4. tạo ra tiếng ồn trong mạch trình điều khiển.
5. chi phí giải pháp.
Làm cách nào để chọn VFD cho Ứng dụng của tôi?
Để chọn VFD thích hợp cho một ứng dụng cụ thể, cần phải hiểu rõ về tải. Các loại động cơ khác nhau tạo ra các loại mô-men xoắn khác nhau. Trong một số ứng dụng, mô-men xoắn không đổi là cần thiết trong khi trong các ứng dụng khác, mô-men xoắn cần được kiểm soát. Ngoài ra, tải trên động cơ cũng là yếu tố quyết định đặc điểm kỹ thuật của động cơ, chủ yếu là định mức Công suất.
Để chọn VFD thích hợp cho ứng dụng thích hợp, chúng ta cần đánh giá hoặc xem xét những điều sau.
1. Mã lực của động cơ
2. Chi phí
3. Môi trường hoạt động của VFD và động cơ
4. Một pha hoặc ba pha
5. VFD đơn với một động cơ hoặc VFD đơn với nhiều động cơ
6. Yêu cầu về tính năng điều khiển bổ sung
Ưu điểm của VFD
Có rất nhiều lý do tại sao VFD là một lựa chọn phổ biến cho người tiêu dùng khi các bộ điều khiển khác luôn sẵn có. Lý do quan trọng nhất cho sự phổ biến của VFD là khả năng tiêu thụ năng lượng thấp và chi phí thiết lập ban đầu. VFD mang lại hiệu quả tiêu thụ năng lượng cao hơn bất kỳ thiết bị điều khiển nào trong cùng phân khúc. Do đó, trong trường hợp các nhà máy và nhà máy lớn yêu cầu động cơ mã lực lớn hơn, VFD cung cấp mức tiêu thụ điện năng thấp, do đó giảm lượng hóa đơn năng lượng và mang lại cơ hội tiết kiệm chi phí.
VFD giới hạn dòng khởi động trong điều kiện khởi động và dừng động cơ, điều này cũng làm giảm tải khởi động trong đường dây cung cấp, cũng như cung cấp biên độ an toàn cho các động cơ đắt tiền.
Ngoài những ưu điểm trên, VFD có thể giảm chi phí bảo trì hệ thống. Không cần thêm các hoạt động điều khiển và đấu nối điện tốn kém. Có các tùy chọn để kết nối nhiều động cơ có thể được điều khiển bằng cách sử dụng VFD duy nhất để giảm chi phí thiết lập hệ thống bổ sung.
Nhược điểm của VFD
Tuy nhiên, bất chấp những ưu điểm trên, có một vài nhược điểm cũng đi kèm với hệ thống VFD. Hạn chế chính của hệ thống VFD là đầu tư thiết lập ban đầu. Đối với một nhà máy hoặc một nhà máy mà nhiều động cơ mã lực cao cần được điều khiển bằng cách sử dụng VFD, đòi hỏi đầu tư cao.
Ngoài ra, VFD gây nóng động cơ và cần cấu tạo động cơ đặc biệt. Cấu trúc cần có các loại cách điện động cơ đặc biệt, cũng như động cơ cần được chỉ định cho các ứng dụng định mức biến tần.
Một nhược điểm lớn khác của VFD là đường dây nguồn chính bị nhiễu rất cao với hiện tượng méo tiếng, hài đường nét. Do đó, các thiết bị khác được kết nối trong cùng một đường dây điện cũng bị cản trở trong điều kiện hoạt động.
Tuy nhiên, sự tiến bộ của ngành công nghiệp bán dẫn hiện đại đã cải thiện rất nhiều việc xây dựng các hệ thống VFD hiện đại. Trước kỷ nguyên thiết bị trạng thái rắn, máy quay là thành phần chính được sử dụng để tạo ra VFD. Trong thời đại vi xử lý hiện đại, VFD được trang bị tất cả các loại bảo vệ như bảo vệ quá áp, quá áp, quá tải nhiệt, v.v. với các phương tiện điều khiển thích hợp. Ứng dụng Động cơ trong ngành công nghiệp chịu trách nhiệm về 25% tiêu thụ năng lượng điện trên thế giới, có thể được kiểm soát hiệu quả bằng cách sử dụng VFDs.