Variable Frequency Drive (VFD, Variable Frequency Drive, VFD) este un sistem de control al vitezei rotorului a unui motor electric asincron (sau sincron) . Este alcătuit din motorul electric real și convertizorul de frecvență .
Un convertor de frecvență (convertor de frecvență) este un dispozitiv format dintr-un redresor (punte de curent continuu) care convertește curentul alternativ de frecvență industrială în curent continuu și un invertor (convertor) (de obicei cu PWM ), care transformă curentul continuu în curent alternativ necesar. frecvență, amplitudine și formă. Tiristoarele de ieșire ( GTO ) sau IGBT -urile sau MOSFET -urile furnizează curentul necesar pentru alimentarea motorului. Pentru a evita supraîncărcarea convertorului cu o lungime mare de alimentare , între convertizor și alimentator sunt plasate șocuri și este utilizat un filtru EMC pentru a reduce interferența electromagnetică .
Cu control scalar , se formează curenți armonici ai fazelor motorului. Controlul vectorial este o metodă de control al motoarelor sincrone și asincrone , care nu numai că generează curenți armonici (tensiuni) ale fazelor, dar oferă și controlul fluxului magnetic al rotorului (cuplul pe arborele motorului).
În convertoarele cu cuplare directă, convertizorul de frecvență este un redresor controlat . Sistemul de control deblochează pe rând grupurile de tiristoare și conectează înfășurările statorice ale motorului la rețea. Astfel, tensiunea de ieșire a convertorului este formată din secțiunile „tăiate” ale sinusoidelor tensiunii de intrare. Frecvența tensiunii de ieșire nu poate fi egală sau mai mare decât frecvența rețelei. Este în intervalul de la 0 la 30 Hz. Ca rezultat, o gamă mică de control al turației motorului (nu mai mult de 1:10). Această limitare nu permite utilizarea unor astfel de convertoare în convertizoarele moderne controlate în frecvență cu o gamă largă de control al parametrilor tehnologici.
Utilizarea tiristoarelor fără oprire necesită sisteme de control relativ complexe, care cresc costul convertorului. Unda sinusoidală „tăiată” la ieșirea convertorului cuplat direct este o sursă de armonici superioare, care provoacă pierderi suplimentare în motorul electric, supraîncălzirea mașinii electrice, reducerea cuplului și interferențe foarte puternice în rețeaua de alimentare. Utilizarea dispozitivelor de compensare duce la o creștere a costului, greutatea, dimensiunile și o scădere a eficienței sistemului în ansamblu.
Cele mai utilizate în convertizoarele moderne cu frecvență controlată sunt convertoarele cu o legătură DC pronunțată . Convertizoarele din această clasă utilizează dubla conversie a energiei electrice: tensiunea sinusoidală de intrare este redresată în redresor , filtrată de filtru și apoi reconvertită de către invertor într-o tensiune alternativă de frecvență și amplitudine variabile. Conversia dublă a energiei duce la o scădere a eficienței și la o anumită deteriorare a indicatorilor de greutate și dimensiune în raport cu convertoarele cu conexiune directă.
VFD-urile sunt utilizate în:
Cel mai mare efect economic este oferit de utilizarea VFD în sistemele de ventilație, aer condiționat și alimentare cu apă, unde utilizarea VFD a devenit standardul de facto.
Metoda clasică de control al alimentării unităților de pompare implică reglarea liniilor de presiune și reglarea numărului de unități de funcționare în funcție de un parametru tehnic (de exemplu, presiunea conductei ). În acest caz, unitățile de pompare sunt selectate pe baza anumitor caracteristici de proiectare (de obicei cu o marjă de performanță) și funcționează constant la o viteză constantă, fără a ține cont de costurile variabile cauzate de consumul variabil de apă. La debitul minim , pompele continuă să funcționeze la o viteză constantă. Deci, de exemplu, se întâmplă noaptea, când consumul de apă scade brusc. Principalul efect economic al utilizării convertizoarelor de frecvență variabilă se realizează nu prin economisirea energiei electrice, ci prin reducerea semnificativă a costului reparației rețelelor de alimentare cu apă.
Apariția unei acționări electrice reglabile a făcut posibilă menținerea unei presiuni constante direct la consumator. O acționare electrică controlată de frecvență cu un motor electric asincron pentru scopuri industriale generale a primit o aplicare largă în practica mondială. Ca urmare a adaptării motoarelor asincrone industriale generale la condițiile lor de funcționare în acționări electrice controlate, se creează motoare asincrone controlate speciale cu energie și greutate și indicatori de dimensiune și cost mai mari în comparație cu cele neadaptate. Reglarea frecvenței vitezei de rotație a arborelui unui motor asincron se realizează cu ajutorul unui dispozitiv electronic, numit în mod obișnuit convertizor de frecvență. Efectul de mai sus este obținut prin modificarea frecvenței și amplitudinii tensiunii trifazate furnizate motorului electric. Astfel, prin modificarea parametrilor tensiunii de alimentare (controlul frecvenței), se poate face ca viteza de rotație a motorului să fie atât mai mică, cât și mai mare decât cea nominală. În a doua zonă (frecvență peste cea nominală), cuplul maxim pe arbore este invers proporțional cu viteza de rotație.
Metoda de conversie a frecvenței se bazează pe următorul principiu. De regulă, frecvența rețelei industriale este de 50 Hz. De exemplu, luați o pompă cu un motor electric cu doi poli. Ținând cont de alunecare, turația de rotație a motorului este de aproximativ 2800 (în funcție de putere) de rotații pe minut și conferă ieșirii unității de pompare presiunea nominală și performanța (deoarece aceștia sunt parametrii nominali ai acestuia, conform pașaportului). Dacă utilizați un convertor de frecvență pentru a reduce frecvența și amplitudinea tensiunii alternative furnizate acestuia, atunci viteza de rotație a motorului va scădea în consecință și, în consecință, performanța unității de pompare se va modifica. Informațiile despre presiunea din rețea intră în unitatea convertizorului de frecvență de la un senzor de presiune special instalat la consumator, pe baza acestor date, convertizorul modifică în consecință frecvența furnizată motorului.
Un convertor de frecvență modern are un design compact, o carcasă rezistentă la praf și umiditate, o interfață ușor de utilizat, care îi permite să fie utilizat în cele mai dificile condiții și medii problematice. Gama de putere este foarte largă și variază de la 0,18 la 630 kW sau mai mult cu o sursă de alimentare standard de 220/380 V și 50-60 Hz. Practica arată că utilizarea convertoarelor de frecvență la stațiile de pompare permite:
Conform datelor disponibile, perioada de rambursare pentru un proiect de introducere a convertoarelor de frecvență variază de la 3 luni la 2 ani.
Cu ajutorul VFD-urilor moderne, este posibil să se controleze poziția unor mecanisme precum mașini-unelte de înaltă precizie, mese de asamblare, sisteme de transport, mese rotative, echipamente de depozit. Astfel, nu mai sunt necesare motoare pas cu pas și servo -uri scumpe cu un controler suplimentar. Toate funcționalitățile de poziționare sunt configurate în setările VFD. Cele mai de bază caracteristici de poziționare sunt: mutarea în pozițiile prestabilite, întoarcerea la unghiul prestabilit, oprirea în poziția prestabilită și blocarea rotației. În același timp, spre deosebire de motoarele pas cu putere redusă și servomotorizările, devine posibilă poziționarea mecanismelor cu adevărat mari cu motoare de mare putere de până la 315 kW.
În multe instalații, acționării electrice reglabile îi sunt atribuite nu numai sarcinile de control fără probleme a cuplului și viteza de rotație a motorului electric, ci și sarcinile de încetinire și frânare a elementelor instalației. Soluția clasică la această problemă este sistemul de acționare cu un motor asincron cu un convertor de frecvență echipat cu un comutator de frână cu o rezistență de frână .
În același timp, în modul decelerare/frânare, motorul electric funcționează ca un generator, transformând energia mecanică în energie electrică, care în cele din urmă este disipată în rezistența de frânare. Instalațiile tipice în care ciclurile de accelerare alternează cu ciclurile de decelerare sunt tracțiunea vehiculelor electrice, palanele, ascensoarele, centrifugele, bobinatoarele etc. Funcția de frânare electrică a apărut pentru prima dată pe o unitate de curent continuu (de exemplu, un troleibuz). La sfârșitul secolului al XX-lea au apărut convertizoarele de frecvență cu recuperator încorporat, care vă permit să returnați energia primită de la motorul care funcționează în modul de frânare înapoi în rețea. În acest caz, instalația începe să „face bani” aproape imediat după punerea în funcțiune.
| Sisteme de control pentru motoarele de tracțiune ale transportului feroviar, metrou și UET | |
|---|---|
| Pe curent continuu: | |
| Pe curent alternativ:
| |