ВФД (Вариабле Фрекуенци Дриве): дефиниција, принцип рада и апликације

Погон са променљивом фреквенцијом, или ВФД, је електронски уређај који се користи за контролу брзине и обртног момента мотора наизменичне струје. Он мења фреквенцију и напон који се доводи до мотора тако да мотор може да ради у складу са стварним захтевима машине.

У многим индустријским системима, мотори не морају стално да раде пуном брзином. Пумпе ће можда морати да одржавају различите брзине протока, вентилатори могу да реагују на промену потражње за ваздухом, а транспортери могу захтевати контролисано убрзање. ВФД омогућава мотору да усклади свој излаз са процесом уместо да ради на једној фиксној брзини.

ИФИНД пружа ВФД решења за пумпе, вентилаторе, машине, лифтове, текстилну опрему, системе за штампање и друге индустријске примене.

Шта је ВФД?

ВФД је скраћеница од Вариабле Фрекуенци Дриве. Такође се обично назива АЦ драјв, погон са подесивом фреквенцијом, погон са променљивом брзином или фреквентни претварач.

Ови термини се генерално односе на опрему која мења фреквенцију електричне енергије која се доводи до АЦ мотора. Пошто је брзина мотора повезана са фреквенцијом напајања, промена излазне фреквенције омогућава погону да прилагоди брзину мотора.

Синхрона брзина мотора наизменичне струје може се проценити помоћу ове формуле:

Синхрона брзина = 120 × фреквенција ÷ број полова мотора

На пример, повећање излазне фреквенције генерално повећава брзину мотора, док смањење фреквенције смањује брзину. Код индукционог мотора, стварна брзина је нешто нижа од синхроне брзине због клизања.

ВФД такође контролише друге радне параметре, укључујући:

• Излазни напон

• Струја мотора

• Убрзање и успоравање

• Почетни обртни момент

• кочење

• Заштита од преоптерећења

• Праћење квара

Одговарајуће функције зависе од ВФД модела и захтева апликације.

Како ради ВФД?

Типичан ВФД има четири главна одељка:

1. АЦ улазни исправљач

2. ДЦ линк

3. Преклопни степен инвертера

4. Контролни и повратни систем

АЦ улазни исправљач

ВФД прво прима наизменичну струју из електричне мреже. Улаз може бити једнофазни или трофазни, у зависности од дизајна погона.

Исправљач претвара долазни наизменични напон у једносмерни напон. У многим индустријским ВФД-овима, исправљач користи полупроводничке диоде. Неки напредни дизајни користе контролисане комутационе уређаје за побољшање улазних перформанси.

Степен исправљача утиче на улазну струју ВФД-а, понашање при удару и хармонијске карактеристике.

ДЦ Линк

Исправљени напон тада улази у ДЦ линк. Овај одељак генерално укључује кондензаторе и може такође укључити ДЦ реактор или пригушницу.

Кондензатори изглађују исправљени напон и обезбеђују стабилну магистралу једносмерне струје за степен инвертера. ДЦ веза такође одваја таласни облик улазне снаге од излазног таласног облика, омогућавајући ВФД-у да креира нови излаз са другачијим напоном и фреквенцијом.

Инвертер Свитцхинг Стаге

Степен инвертера претвара једносмерни напон назад у наизменичну струју. Користи полупроводничке прекидаче велике брзине, као што су ИГБТ, за генерисање контролисаног излаза за мотор.

Напон на прекидачким терминалима се производи као серија импулса, а не као савршени синусни талас. Намотаји мотора природно изглађују струју, омогућавајући мотору да производи ротирајуће магнетно поље и механички обртни момент.

Систем контроле и повратних информација

Контролни систем одређује колико напона, фреквенције и струје треба мотору. Команда за брзину може доћи са тастатуре, аналогног сигнала, ПЛЦ-а, ПИД контролера или индустријске комуникационе мреже.

ВФД континуирано прати услове рада као што су:

• Излазна струја

• ДЦ бус напон

• Брзина мотора

• Температура погона

• Статус преоптерећења

• Фазни губитак

• Услови кратког споја

Ако погон открије несигурно стање, може смањити излаз или зауставити мотор.

Шта је ПВМ у ВФД-у?

Пулсно-ширинска модулација, или ПВМ, је уобичајена метода која се користи за генерисање излаза променљиве фреквенције ВФД-а.

Преклопни уређаји укључују и искључују ДЦ магистралу великом брзином. Променом ширине и времена ових импулса напона, ВФД ствара средњи излазни напон који прати тражени таласни облик.

ПВМ омогућава погону да контролише фреквенцију и напон мотора помоћу компактног електронског кола. Међутим, процес пребацивања такође може да произведе електромагнетне сметње, шум мотора и додатни стрес на изолацији мотора.

Носећу фреквенцију стога треба изабрати у складу са мотором, дужином кабла, радним окружењем и захтевима апликације. Већа фреквенција пребацивања може смањити звучни шум, али такође може повећати губитке погона и електромагнетне сметње.

ВФД методе контроле

В/Ф контрола

В/Ф контрола, такође названа скаларна контрола или волтс-пер-хертз контрола, одржава одговарајући однос између напона и фреквенције.

Када се излазна фреквенција смањи, напон се сходно томе смањује. Ово помаже у одржавању одговарајућег магнетног флукса у мотору.

В/Ф контрола је релативно једноставна и често се користи за:

• Фанс

• Центрифугалне пумпе

• Основни транспортери

• Машине опште намене

Погодан је када апликација не захтева високо прецизан одзив брзине или обртног момента.

Векторска контрола без сензора

Векторска контрола без сензора процењује флукс мотора и обртни момент без употребе физичког енкодера.

У поређењу са основном В/Ф контролом, може да обезбеди:

• Бољи обртни момент при малим брзинама

• Бржи одговор

• Побољшана регулација оптерећења

• Стабилнији рад мотора

Тачни подаци са натписне плочице мотора су важни за векторску контролу без сензора. Неки погони такође користе процес аутоматског подешавања за процену отпора и индуктивности мотора.

Векторска контрола затворене петље

Векторска контрола затворене петље користи повратну информацију од енкодера или другог сензора брзине. ВФД упоређује наређену брзину са стварном брзином мотора и у складу с тим прилагођава излаз.

Овај метод је погодан за апликације које захтевају:

• Прецизна регулација брзине

• Висок почетни обртни момент

• Прецизно заустављање

• Стабилан рад при малим брзинама

• Честе промене оптерећења или правца

Типични примери укључују лифтове, дизалице, машине за намотавање, алатне машине и опрему за штампање високих перформанси.

За више информација о разлици између В/Ф контроле и векторске контроле, погледајте В/Ф векторски инвертерски водич.

Главне предности коришћења ВФД-а

Подесива брзина мотора

ВФД омогућава мотору да ради брзином коју захтева процес. Ово може смањити потребу за механичким пригушивањем, бипасс системима, мењањем степена преноса или другим методама контроле брзине.

Контролисано покретање и заустављање

ВФД може постепено повећавати фреквенцију мотора током покретања. Ово смањује стартну струју и механички удар у поређењу са директним стартовањем.

Током заустављања, погон може да користи програмирану рампу успоравања, једносмерно кочење или кочиони отпорник, у зависности од оптерећења и примене.

Уштеда енергије

ВФД могу смањити потрошњу енергије када мотор не мора да ради пуном брзином. Ово је посебно релевантно за оптерећења променљивог обртног момента као што су центрифугалне пумпе и вентилатори.

Међутим, уштеда енергије није аутоматска. Резултат зависи од радних сати, профила оптерећења, ефикасности мотора, губитака у погону и потребног учинка процеса. Министарство енергетике САД даје додатне смернице о подесива брзина погона ефикасност делимичног оптерећења.

Смањено механичко напрезање

Контролисано убрзање и успоравање може смањити стрес на:

• Спојнице

• Појасеви

• Мењач

• Осовине

• Вентили

• Системи за пумпање

У системима за воду, постепено убрзање такође може помоћи у ограничавању наглих промена притиска и воденог удара.

Заштита мотора

ВФД може пратити струју, преоптерећење, температуру, губитак фазе и друге услове. Ово даје контролном систему начин да заустави мотор или изда сигнал о грешци када услови рада постану несигурни.

Уобичајене ВФД апликације

Пумпе и системи за воду

ВФД се широко користе за водоснабдевање, наводњавање, циркулацију, третман отпадних вода и процесно пумпање.

Погон може подесити брзину пумпе како би одржао потребан притисак или проток. Пре него што изаберу ВФД, инжењери треба да провере криву пумпе, укупну висину, струју мотора, минималну радну брзину и ризик од рада на суво.

Вентилатори и ХВАЦ системи

Вентилатори често раде под променљивим захтевима за проток ваздуха. ВФД може подесити брзину вентилатора према температури, притиску или вентилацији.

Уобичајене примене укључују јединице за обраду ваздуха, издувне вентилаторе, расхладне торњеве и индустријску вентилациону опрему.

Транспортери и руковање материјалом

Транспортери могу захтевати контролисано покретање, подесиву брзину производње или синхронизацију са другом машином.

ВФД може помоћи у смањењу удара каиша и одржавању глаткијег кретања материјала. За тешке транспортере, избор треба да се заснива на стартном моменту и захтевима преоптерећења, а не само на снази мотора.

Мацхине Тоолс

Машине алатке могу захтевати широк опсег брзине, висок обртни момент при малим брзинама и прецизну регулацију брзине.

Векторска контрола или контрола затворене петље може бити прикладнија од основне В/Ф контроле када су одговор вретена и перформансе сечења важни.

Текстилна и штампарска опрема

Текстилне и штампарске машине често захтевају стабилну брзину, глатко убрзање, контролу напетости и синхронизацију између различитих делова.

ВФД-ови могу да раде са ПЛЦ-овима и другим погонима за координацију ваљака, хранилица, намотача и транспортних механизама.

Лифтови и кранови

Примене у лифтовима и дизалицама могу захтевати велики стартни момент, прецизно заустављање, контролисано кочење и честе промене смера оптерећења.

Ови системи захтевају пажљиву координацију између ВФД-а, мотора, енкодера, механичке кочнице, сигурносног кола и оперативног система за хитне случајеве.

Како одабрати ВФД

Избор ВФД-а треба да узме у обзир комплетан систем оптерећења мотора, а не само снагу мотора.

Мотор Дата

Следеће информације треба да буду потврђене са натписне плочице мотора:

• Називна снага

• Називни напон

• Називна струја

• Називна фреквенција

• Називна брзина

• Моторна фаза

• Начин повезивања

• Класа изолације

• Метода хлађења

Називна струја је посебно важна јер мотори са истом номиналном снагом могу имати различите захтеве за струјом.

Врста оптерећења

Одредите да ли је оптерећење:

• Варијабилни обртни момент

• Константан обртни момент

• Тешка оптерећења или високо преоптерећење

Вентилатори и центрифугалне пумпе су обично оптерећења променљивог обртног момента. Транспортери, миксери, екструдери, компресори и опрема за дизање могу захтевати рад са константним обртним моментом или рад у тешким условима.

Захтеви за брзину и обртни момент

Проверите потребну минималну и максималну брзину, почетни обртни момент, време убрзања, време успоравања и трајање преоптерећења.

Погон који је погодан за нормалан рад можда није прикладан за честа покретања, изненадне промене оптерећења или опрему високе инерције.

Захтеви за кочење

Оптерећења високе инерције могу вратити енергију у ВФД током успоравања. Ако ова енергија узрокује пораст напона ДЦ магистрале, систему ће можда бити потребан кочиони отпорник, кочиона јединица или регенеративни погон.

Оперативно окружење

Треба узети у обзир температуру, влажност, прашину, корозивне гасове, вибрације, надморску висину и кућиште.

Захтевани ниво заштите може бити различит за чист електрични орман и прашњаву машинску просторију.

ВФД против меког покретача

ВФД и софт стартер могу да смање почетни стрес, али обављају различите функције.

Ако процес захтева континуирано подешавање брзине, ВФД је обично прикладнији. Ако је мотору потребна само смањена стартна струја, а затим ради пуном брзином, софт стартер може бити довољан.

Основна инсталација и пуштање у рад

Исправна инсталација и пуштање у рад су неопходни за поуздан рад ВФД-а.

Важне тачке укључују:

• Тачно унесите податке са натписне плочице мотора.

• Користите одговарајућу опрему за заштиту улаза и искључивање.

• Правилно уземљите погон, мотор и штит кабла.

• Држите каблове мотора одвојено од управљачких и комуникационих каблова.

• Проверите дозвољену дужину кабла мотора.

• Обезбедите довољну вентилацију око ВФД-а.

• Исправно подесите минималну и максималну фреквенцију.

• Потврдите подешавања убрзања, успоравања, ограничења струје и заустављања.

• Тестирајте смер мотора и рад при малој брзини пре пуштања у рад при пуном оптерећењу.

Ако се користи векторска контрола, може бити потребна процедура аутоматског подешавања. Одабрани метод аутоматског подешавања мора бити прикладан за механичко стање машине.

Често постављана питања

Шта значи ВФД?

ВФД је скраћеница од Вариабле Фрекуенци Дриве. То је електронски уређај који контролише фреквенцију и напон који се напајају мотору наизменичне струје.

Да ли је ВФД исто што и претварач фреквенције?

У индустријској контроли мотора, ВФД, фреквентни претварач, АЦ погон и фреквентни претварач се често користе за описивање сличне опреме.

Важни фактори су напон, струја претварача, начин управљања, компатибилност мотора и називна апликација.

Може ли ВФД контролисати једнофазни мотор?

Већина стандардних ВФД-а је дизајнирана за трофазне индукционе моторе или компатибилне моторе са трајним магнетима.

Неки специјализовани модели прихватају једнофазни улаз и обезбеђују трофазни излаз. Међутим, стандардни ВФД не би требало да буде повезан на једнофазни кондензаторски стартни мотор осим ако произвођач не одобри конфигурацију.

Да ли ВФД увек смањује потрошњу енергије?

Не. Уштеда енергије зависи од профила оптерећења и услова рада.

Највеће уштеде су обично доступне када пумпа или вентилатор могу да раде испод пуне брзине током значајних периода. Ако мотор мора непрекидно да ради пуном брзином, корист уштеде енергије може бити ограничена.

Како да изаберем исправну величину ВФД-а?

Почните са називном струјом, напоном, фазом, снагом, брзином и фреквенцијом мотора.

Затим процените тип оптерећења, почетни обртни момент, захтев за преоптерећење, енергију кочења, радно окружење и потребан метод контроле. Погон би требало да буде изабран према стварној примени, а не само према снази мотора.

Може ли ВФД покренути мотор изнад његове називне фреквенције?

Можда је могуће, али прво се мора проверити механичко ограничење брзине мотора, хлађење, лежајеви, изолација, обртни момент оптерећења и излазни напон погона.

Изнад основне фреквенције, мотор може радити са смањеним расположивим обртним моментом. Увек треба поштовати ограничења произвођача мотора и опреме.

Која је разлика између ВФД и ВСД?

ВСД значи погон са променљивом брзином, док ВФД означава погон са променљивом фреквенцијом.

ВСД је шири појам који може укључивати различите технологије за контролу брзине мотора. У многим индустријским применама, ВСД је ВФД, тако да се термини често користе наизменично.

Закључак

ВФД претвара електричну снагу фиксне фреквенције у излаз подесиве фреквенције за контролу мотора наизменичне струје. Његов исправљач, ДЦ веза, степен инвертера и контролни систем раде заједно да регулишу брзину мотора, обртни момент, убрзање, кочење и заштиту.

Одговарајући ВФД треба изабрати у складу са мотором, типом оптерећења, опсегом брзине, захтевом за преоптерећење, потребама кочења и окружењем за инсталацију.

Када је правилно одабран и пуштен у рад, ВФД може побољшати контролу процеса, смањити механички стрес и смањити потрошњу енергије у одговарајућим апликацијама са променљивом брзином.

Потребна вам је помоћ при избору ВФД-а?

Поделите свој мотор, тип оптерећења, опсег брзине и услове рада са ИФИНД тимом. Можемо вам помоћи да процените одговарајући ВФД контролни метод и конфигурацију за вашу апликацију.

Разговарајте о вашој ВФД апликацији