Variable Frequency Drive (VFD, Variable Frequency Drive, VFD) on järjestelmä, jolla ohjataan asynkronisen (tai synkronisen) sähkömoottorin roottorin nopeutta . Se koostuu varsinaisesta sähkömoottorista ja taajuusmuuttajasta .
Taajuusmuuttaja (taajuusmuuttaja) on laite, joka koostuu tasasuuntaajasta (dc-sillasta), joka muuntaa teollisuuden taajuuden vaihtovirran tasavirraksi, ja invertteristä (muuntimesta) (yleensä PWM ), joka muuntaa tasavirran tarvittavan vaihtovirraksi. taajuus, amplitudi ja muoto. Lähtötyristorit ( GTO ) tai IGBT :t tai MOSFETit tarjoavat tarvittavan virran moottorin syöttämiseen . Muuntimen ylikuormituksen välttämiseksi pitkällä syöttölaitteella , muuntimen ja syöttölaitteen väliin sijoitetaan kuristimet ja sähkömagneettisten häiriöiden vähentämiseksi - EMC- suodatin.
Skalaarisäädöllä muodostuu moottorin vaiheiden harmonisia virtoja . Vektoriohjaus on menetelmä synkronisten ja asynkronisten moottoreiden ohjaamiseksi , joka ei ainoastaan synnytä vaiheiden harmonisia virtoja (jännitteitä), vaan myös ohjaa roottorin magneettivuotta (moottorin akselin vääntömomenttia).
Suorakytketyissä muuntimissa taajuusmuuttaja on ohjattu tasasuuntaaja . Ohjausjärjestelmä avaa vuorotellen tyristoriryhmät ja kytkee moottorin staattorikäämit verkkoon. Siten muuntimen lähtöjännite muodostuu tulojännitteen siniaaltojen "leikatuista" osista. Lähtöjännitteen taajuus ei voi olla yhtä suuri tai suurempi kuin verkkotaajuus. Se on alueella 0 - 30 Hz. Tämän seurauksena pieni moottorin kierrosluvun säätöalue (enintään 1:10). Tämä rajoitus ei salli tällaisten muuntajien käyttöä nykyaikaisissa taajuusohjatuissa taajuusmuuttajissa, joissa on laaja valikoima teknisten parametrien ohjausta.
Sulkeutumattomien tyristorien käyttö vaatii suhteellisen monimutkaisia ohjausjärjestelmiä, mikä nostaa muuntimen kustannuksia. Suorakytketyn muuntimen lähdössä oleva "katkaistu" siniaalto on korkeampien harmonisten lähde, jotka aiheuttavat lisähäviöitä sähkömoottorissa, sähkökoneen ylikuumenemista, vääntömomentin pienenemistä ja erittäin voimakkaita häiriöitä syöttöverkkoon. Tasauslaitteiden käyttö johtaa kustannusten, painon, mittojen nousuun ja koko järjestelmän tehokkuuden laskuun.
Nykyaikaisissa taajuusohjatuissa taajuusmuuttajissa yleisimmin käytettyjä muuntimia, joissa on selkeä DC-linkki . Tämän luokan muuntimet käyttävät sähköenergian kaksinkertaista muuntamista: sisääntulon sinimuotoinen jännite tasasuunnataan tasasuuntaajassa , suodatetaan suodattimella ja muunnetaan sitten uudelleen vaihtosuuntaajalla taajuudeltaan ja amplitudiltaan muuttuvaksi vaihtojännitteeksi. Kaksinkertainen energian muunnos johtaa tehokkuuden heikkenemiseen ja paino- ja kokoindikaattoreiden jonkin verran heikkenemiseen verrattuna muuntajiin, joissa on suora yhteys.
VFD:itä käytetään:
Suurimman taloudellisen vaikutuksen tuottaa VFD:n käyttö ilmanvaihto-, ilmastointi- ja vesihuoltojärjestelmissä, joissa VFD:n käytöstä on tullut tosiasiallinen standardi.
Klassinen menetelmä pumppuyksiköiden syötön ohjaamiseksi sisältää painelinjojen kuristamisen ja käyttöyksiköiden lukumäärän säätelyn jonkin teknisen parametrin mukaan (esimerkiksi putkilinjan paine ). Tässä tapauksessa pumppuyksiköt valitaan tiettyjen suunnitteluominaisuuksien perusteella (yleensä suoritusmarginaalilla) ja ne toimivat jatkuvasti tasaisella nopeudella ottamatta huomioon muuttuvan vedenkulutuksen aiheuttamia muuttuvia kustannuksia. Pienellä virtauksella pumput jatkavat toimintaansa vakionopeudella. Joten se tapahtuu esimerkiksi yöllä, kun veden kulutus laskee jyrkästi. Taajuusmuuttajien käytön tärkein taloudellinen vaikutus ei saavuteta säästämällä sähköä, vaan vähentämällä merkittävästi vesihuoltoverkkojen korjauskustannuksia.
Säädettävän sähkökäytön tulo mahdollisti jatkuvan paineen ylläpitämisen suoraan kuluttajan luona. Taajuusohjattu sähkökäyttö, jossa on asynkroninen sähkömoottori yleisiin teollisiin tarkoituksiin, on saanut laajan käytön maailmankäytännössä. Yleisten teollisten asynkronisten moottoreiden mukauttamisen toimintaolosuhteisiinsa ohjatuissa sähkökäytöissä syntyy erityisiä ohjattuja asynkronimoottoreita , joilla on korkeampi energia- ja paino- ja koko- ja kustannusindikaattori verrattuna mukauttamattomiin. Asynkronisen moottorin akselin pyörimisnopeuden taajuussäätö suoritetaan elektronisella laitteella, jota kutsutaan yleisesti taajuusmuuttajaksi. Yllä oleva vaikutus saavutetaan muuttamalla sähkömoottoriin syötettävän kolmivaiheisen jännitteen taajuutta ja amplitudia. Siten muuttamalla syöttöjännitteen parametreja (taajuussäätö) on mahdollista saada moottorin pyörimisnopeus sekä pienemmäksi että suuremmaksi kuin nimellisnopeus. Toisella vyöhykkeellä (taajuus yli nimellisarvon) akselin suurin vääntömomentti on kääntäen verrannollinen pyörimisnopeuteen.
Taajuusmuunnosmenetelmä perustuu seuraavaan periaatteeseen. Teollisuusverkon taajuus on pääsääntöisesti 50 Hz. Otetaan esimerkiksi pumppu, jossa on kaksinapainen sähkömoottori. Luiston huomioon ottaen moottorin pyörimisnopeus on noin 2800 (tehosta riippuen) kierrosta minuutissa ja antaa pumppuyksikön teholle nimellispaineen ja suorituskyvyn (koska nämä ovat sen nimellisparametrit passin mukaan). Jos taajuusmuuttajaa käytetään vähentämään siihen syötettävän vaihtojännitteen taajuutta ja amplitudia, moottorin pyörimisnopeus laskee vastaavasti, ja tämän seurauksena pumppausyksikön suorituskyky muuttuu. Tieto verkon paineesta tulee taajuusmuuttajayksikköön kuluttajalle asennetusta erityisestä paineanturista, jonka perusteella muunnin muuttaa vastaavasti moottorille syötettyä taajuutta.
Nykyaikaisessa taajuusmuuttajassa on kompakti rakenne, pöly- ja kosteustiivis kotelo, käyttäjäystävällinen käyttöliittymä, joka mahdollistaa sen käytön vaikeimmissakin olosuhteissa ja ongelmallisissa ympäristöissä. Tehoalue on erittäin laaja ja vaihtelee välillä 0,18-630 kW tai enemmän, kun vakiovirtalähde on 220/380 V ja 50-60 Hz. Käytäntö osoittaa, että taajuusmuuttajien käyttö pumppuasemilla mahdollistaa:
Käytettävissä olevien tietojen mukaan taajuusmuuttajien käyttöönottoprojektin takaisinmaksuaika vaihtelee 3 kuukaudesta 2 vuoteen.
Nykyaikaisten VFD-laitteiden avulla on mahdollista ohjata sellaisten mekanismien asentoa, kuten erittäin tarkkoja työstökoneita, kokoonpanopöytiä, kuljetinjärjestelmiä, pyöriviä pöytiä, varastolaitteita. Näin ollen askelmoottoreita ja kalliita servoja lisäohjaimella ei enää tarvita. Kaikki paikannustoiminnot konfiguroidaan VFD-asetuksissa. Perusasennon ominaisuudet ovat: siirry esiasetettuihin asentoihin, käännä esiasetettuun kulmaan, pysäytys esiasetettuun kohtaan ja lohkon kierto. Samaan aikaan, toisin kuin pienitehoisissa askelmoottoreissa ja servokäytöissä, on mahdollista sijoittaa todella suuria mekanismeja suuritehoisilla, jopa 315 kW:n moottoreilla.
Monissa asennuksissa säädettävälle sähkökäytölle ei ole annettu vain sähkömoottorin vääntömomentin ja pyörimisnopeuden tasaisen ohjauksen tehtäviä, vaan myös asennuksen elementtien hidastamiseen ja jarrutukseen liittyviä tehtäviä. Klassinen ratkaisu tähän ongelmaan on käyttöjärjestelmä, jossa on asynkroninen moottori, jossa on taajuusmuuttaja, joka on varustettu jarrukytkimellä ja jarruvastuksella .
Samanaikaisesti hidastus-/jarrutustilassa sähkömoottori toimii generaattorina, joka muuttaa mekaanisen energian sähköenergiaksi, joka lopulta häviää jarruvastuksessa. Tyypillisiä asennuksia, joissa kiihdytysjaksot vuorottelevat hidastusjaksojen kanssa, ovat sähköajoneuvojen vetokäyttö, nostimet, hissit, sentrifugit, kelauslaitteet jne. Sähköinen jarrutustoiminto ilmestyi ensimmäisen kerran tasavirtakäytössä (esimerkiksi johdinautossa). 1900-luvun lopulla ilmestyi sisäänrakennetulla rekuperaattorilla varustetut taajuusmuuttajat, joiden avulla voit palauttaa jarrutustilassa toimivasta moottorista saadun energian takaisin verkkoon. Tässä tapauksessa asennus alkaa "ansaita rahaa" melkein heti käyttöönoton jälkeen.
| Ohjausjärjestelmät rautatieliikenteen, metron ja UET:n vetomoottoreille | |
|---|---|
| Tasavirralla: | |
| Vaihtovirralla:
| |