ما هي دائرة محرك vfd: تشغيلها وأنواعها وتطبيقاتها

هناك الكثير من المصانع والمعامل في العالم التي تستخدم أنواعًا مختلفة من المحركات عالية الطاقة. نظرًا لارتفاع استهلاك الطاقة ، ينتهي الأمر بالمصانع والمعامل بدفع مبلغ كبير من فواتير الطاقة. للتغلب على الاستهلاك العالي للطاقة ولزيادة الكفاءة ، تم تقديم VFD منذ أربعة عقود ولكن لم تكن الدوائر قوية بما يكفي.

VFD هو الشكل القصير لمحرك التردد المتغير أو محرك التردد القابل للتعديل. يحدد التردد عدد دورات المحرك في الدقيقة ومن خلال التحكم في تردد التيار المتردد ، يمكن التحكم في عدد دورات المحرك في الدقيقة. تتوفر أنواع مختلفة من VFD في سوق الإلكترونيات والكهرباء بدءًا من التطبيقات ذات الصلة بالمحركات الصغيرة إلى المحركات الحثية عالية الطاقة. بخلاف VFDs ثلاثية الطور ، تتوفر أيضًا VFDs أحادية الطور.

دائرة VFD وتشغيلها

تتكون دائرة VFD من ثلاثة أجزاء.

1. قسم المعدل

2. قسم التصفية

3. قسم التحويل أو العاكس.

في الصورة أدناه ، يتم عرض الأقسام الثلاثة داخل مخطط كتلة. هذا هو مخطط كتلة الدائرة الأساسية لثلاث مراحل VFD.

قسم المعدل لدائرة VFD

يستخدم قسم المعدل 6 صمامات ثنائية. ترتبط الثنائيات D1 و D2 و D3 بسكة موجبة ويتم توصيل الصمام الثنائي D4 و D5 و D6 بالسكة السالبة. تعمل هذه الثنائيات الستة كجسر الصمام الثنائي الذي يحول إشارة التيار المتردد ثلاثية الطور إلى سكة واحدة للتيار المستمر. ثلاث مراحل R و B و Y متصلة عبر الصمام الثنائي. اعتمادًا على قطبية الموجة الجيبية ، تصبح الثنائيات منحازة للأمام أو منحازة عكسية وبالتالي توفر نبضة موجبة أو نبضة سالبة في كل من السكة الموجبة والسالبة.

لمعرفة المزيد حول كيفية عمل المعدل ، ما عليك سوى اتباع الرابط.

قسم المرشح لدائرة VFD

كما نعلم ، تقوم الثنائيات القياسية فقط بتحويل إشارة التيار المتردد إلى تيار مستمر ، لكن إشارة خرج التيار المستمر ليست سلسة بدرجة كافية لأن هناك تموجات التيار المتردد المعتمدة على التردد مرتبطة بها أيضًا. لتصحيح تموج التيار المتردد ولجعل إخراج تيار مستمر سلس ، هناك متطلبات لنوع من مرشحات رفض التموج. المكون القياسي للمرشح هو استخدام نوع مختلف من المكثفات الكبيرة والمحاثات. في قسم المرشح ، يقوم المكثف بشكل أساسي بتصفية تموج التيار المتردد ويوفر إخراجًا سلسًا للتيار المستمر.

في بعض الحالات ، يتم استخدام أنواع أخرى من المرشحات أيضًا لتقليل ضوضاء وتوافقيات الإدخال.

قسم التحويل أو العاكس لدائرة VFD

يحول قسم التحويل أو العاكس التيار المستمر إلى التيار المتردد. في هذا القسم ، يتم استخدام أنواع مختلفة من المفاتيح الإلكترونية ، بدءًا من الترانزستورات عالية الطاقة أو IGBT أو MOSFETs. يتم تشغيل أو إيقاف تشغيل المفاتيح بسرعة ويتلقى الحمل جهدًا نابضًا مشابهًا جدًا للتيار المتردد. تردد الخرج يتناسب مع معدل التحويل. يوفر معدل التحويل العالي خرجًا عالي التردد بينما يوفر معدل التحويل المنخفض خرجًا بتردد منخفض.

أنواع مختلفة من VFD

اعتمادًا على كيفية تحويل VFD لطاقة التيار المتردد إلى طاقة تيار مستمر وإجراء التصحيح ، تتوفر أنواع أخرى من VFD في السوق.

الأنواع الثلاثة الرئيسية من VFD هي VSI و CSI و PWM .

نوع VSI VFDs

ترمز VSI إلى عاكس مصدر الجهد. هذا هو النوع الأكثر شيوعًا لمحركات التردد المتغير. في هذا النوع من VFDs ، يتم استخدام جسر ديود بسيط لتحويل إشارة التيار المتردد إلى تيار مستمر ويستخدم مكثف لتخزين الطاقة. تستخدم دائرة تبديل العاكس الطاقة المخزنة في المكثف وتوفر الإخراج.

مميزات

1. لديها نطاق سرعة جيد.

2.مرفق التحكم في المحركات المتعددة. يمكن توصيل محركات متعددة بنوع VSI واحد VFD.

3. تصميم بسيط.

4.إنها فعالة من حيث التكلفة من جانب الإنتاج والتركيب.

سلبيات

1.Due ل cogging تأثير، وجه حمولة السيارات الرجيج أثناء بدء وتوقف الوضع.

2. يوفر الإخراج أنواعًا مختلفة من التوافقيات والضوضاء.

3. إذا تم التحكم في سرعة المحرك أو تم تقليل السرعة ، فإن عامل الطاقة الكلي يتم إعاقة بشكل كبير مما يؤدي إلى ضعف عامل الطاقة.

نوع CSI VFDs

CSI تعني عاكس المصدر الحالي. تم تصميم VSI من النوع VFDs بطريقة يمكن أن توفر خرج جهد سلسًا اعتمادًا على نطاق التردد المتغير ولكن في VFDs من نوع CSI يعتمد البناء على التيار بدلاً من الجهد. أيضًا ، في حالة CSI ، بدلاً من مقوم جسر الصمام الثنائي ، يتم استخدام محول جسر SCR. يتم ترشيح طاقة الخرج باستخدام محاثات متسلسلة كبديل للمكثفات من أجل إخراج تيار سلس. تعمل VFDs من نوع CSI مثل مولد التيار المستمر. بدلاً من الموجة المربعة للجهد ، فإن VFDs من النوع CSI قادرة على توفير موجة مربعة من التيار.

مميزات

1. موثوق ثم نوع VSI VFDs.

2- دعم المحركات الحثية ذات القدرة الحصانية العالية حيث لا يكون VSI خيارًا مناسبًا.

3. تصميم بسيط.

4. قدرات تجديد جيدة.

سلبيات

1- عامل الطاقة الإجمالي ضعيف ، خاصة عند انخفاض عدد الدورات في الدقيقة.

2. يوجد تأثير التثبيط ويمكن أن يهتز عمود المحرك أثناء التشغيل.

3.It غير مناسب للتشغيل متعدد المحركات فيما يتعلق بـ VSI.

نوع PWM VFDs

هذه نسخة محسنة ومعدلة من VSI من نوع VFDs. PWM تعني تعديل عرض النبضة. باستخدام تقنية PWM ، فإن VFDs قادرة على توفير خرج جهد ثابت يتم الحفاظ عليه مع نسبة تردد. يستخدم البناء جسر الصمام الثنائي لتصحيح إشارة التيار المتردد إلى إشارة تيار مستمر. تتحكم دائرة التبديل في دورة العمل في نطاق تردد متغير. يتم استخدام منظم إضافي لتنظيم خرج PWM لتوفير جهد وتيار مستقر ومناسب للحمل.

مميزات

1. أي تأثير انسداد أو الرجيج.

2. على نطاق واسع النطاق والتحكم.

3. تتكون من أنواع مختلفة من دوائر الحماية.

4. معامل القدرة المستمر.

5.Induce عالية جدا الكفاءة.

6. كفاءة الطاقة.

سلبيات

1. معقدة للتصميم.

2. مجمع فيما يتعلق بالتنفيذ.

3. يتطلب أجهزة إضافية.

4. توليد ضوضاء مسموعة في دائرة السائق.

5. حل باهظ التكلفة.

كيف أختار VFD لطلبي؟

لتحديد VFDs المناسبة لتطبيق معين ، يلزم فهم جيد للحمل. تنتج أنواع مختلفة من المحركات أنواعًا مختلفة من عزم الدوران. في بعض التطبيقات ، يكون عزم الدوران الثابت ضروريًا بينما في التطبيقات الأخرى يحتاج عزم الدوران إلى التحكم. كما أن الحمل عبر المحرك هو العامل المحدد لمواصفات المحرك ، وخاصة تصنيف القدرة.

لتحديد VFD المناسب للتطبيق المناسب ، نحتاج إلى تقييم أو مراعاة الأشياء التالية.

1. حصان المحرك

2. التكلفة

3. بيئة تشغيل VFD والمحركات

4. مرحلة واحدة أو ثلاث مراحل

5. VFD واحد بمحرك واحد أو VFD مفرد بمحركات متعددة

6. متطلبات ميزات التحكم الإضافية

مزايا VFD

هناك الكثير من الأسباب التي تجعل VFD خيارًا شائعًا للمستهلك حيث تتوفر وحدات التحكم الأخرى بسهولة. السبب الأكثر أهمية لشعبية VFD هو انخفاض استهلاك الطاقة وتكلفة الإعداد الأولية. تقدم VFD كفاءة عالية من حيث استهلاك الطاقة بخلاف أي أجهزة تحكم في نفس القطاع. نتيجة لذلك ، في حالة المصانع الكبيرة والمصانع التي تتطلب محركات أكبر قدرة حصانية ، فإن VFD توفر استهلاكًا منخفضًا للطاقة مما يقلل من فاتورة الطاقة ويوفر فرصًا لتوفير التكاليف.

يحد VFD من تيار التدفق أثناء حالة بدء المحرك وإيقافه ، مما يقلل أيضًا من حمل التدفق في خط الإمداد ، فضلاً عن توفير هامش أمان للمحركات باهظة الثمن.

بخلاف المزايا المذكورة أعلاه ، يمكن لـ VFD خفض تكلفة صيانة النظام. ليست هناك حاجة لعمليات توصيل وتحكم كهربائية إضافية مكلفة. هناك خيارات لتوصيل محركات متعددة يمكن التحكم فيها باستخدام VFD واحد مما يقلل بشكل أكبر من تكلفة إعداد النظام الإضافية.

عيوب VFD

ومع ذلك ، على الرغم من المزايا المذكورة أعلاه ، هناك بعض العيوب المرتبطة أيضًا بنظام VFD. العيب الأساسي لنظام VFD هو استثمار الإعداد الأولي. بالنسبة لمصنع أو مصنع يحتاج فيه العديد من المحركات عالية القدرة إلى التحكم باستخدام VFDs ، يتطلب استثمارات عالية.

أيضًا ، تسبب VFD تسخين المحرك وتحتاج إلى بناء محركات خاص. يحتاج البناء إلى أنواع خاصة من عوازل المحرك ، كما يجب تحديد المحركات للتطبيقات المصنفة على العاكس.

العيب الرئيسي الآخر لـ VFD هو أن خط طاقة المصدر الرئيسي مضطرب بشدة بالتشويه ، التوافقيات التي تحرز الخط. نتيجة لذلك ، يتم أيضًا إعاقة الأجهزة الأخرى المتصلة في نفس خط الطاقة أثناء حالة التشغيل.

ومع ذلك ، فإن تقدم صناعة أشباه الموصلات الحديثة قد أدى إلى تحسن كبير في بناء أنظمة VFD الحديثة. قبل عصر جهاز الحالة الصلبة ، كانت الآلات الدوارة هي المكون الرئيسي المستخدم لصنع VFDs. في عصر المعالجات الدقيقة الحديثة ، تم تجهيز VFDs بجميع أنواع الحماية مثل انخفاض الجهد ، والجهد الزائد ، والحماية من الحمل الزائد الحراري وما إلى ذلك مع مرافق التحكم المناسبة. يعد تطبيق المحرك في الصناعة مسؤولاً عن 25٪ من استهلاك الطاقة الكهربائية في العالم ، والتي يمكن التحكم فيها بكفاءة باستخدام VFDs.