Pretvornik s spremenljivo frekvenco (VFD) je električna naprava, ki se uporablja za nadzor hitrosti in zmogljivosti elektromotorjev in se pogosto uporablja na področju krmiljenja industrijske avtomatizacije. Uravnava izhodno frekvenco in napetost AC motorjev, s čimer nadzira hitrost in navor motorja ter omogoča inteligenten, učinkovit in-energijsko varčen nadzor opreme.
Frekvenčni pretvornik je sestavljen predvsem iz odseka za prenos moči, odseka usmernika, odseka pretvornika in krmilnih vezij. Oddelek za prenos električne energije uporablja transformator za znižanje vhodne napetosti omrežja (običajno 380 V ali 220 V) na zahtevano vhodno napetost. Usmerniški del pretvori vhodno izmenično moč v enosmerno, medtem ko inverterski del pretvori enosmerno moč nazaj v visoko{4}}frekvenčno izmenično moč. Krmilna vezja usmerjajo in obdelujejo krmilne signale za uravnavanje izhoda pogona.
Primarne funkcije VFD vključujejo krmiljenje motorja s spremenljivo-hitrostjo, regulacijo moči ter zaščito pred prenapetostjo in preobremenitvami v omrežju. S prilagoditvijo izhodne frekvence in napetosti VFD je mogoče doseči zanesljivo in natančno krmiljenje motorja pod različnimi obremenitvami, hkrati pa izvajati različne strategije krmiljenja motorja, kot so consko krmiljenje, vektorsko krmiljenje in krmiljenje z odprto-zanko.
Zaradi svojih prednosti stabilnega delovanja, znatnih izboljšav zmogljivosti in prihrankov energije se frekvenčni pogoni pogosto uporabljajo v različnih proizvodnih procesih in na področjih, kot so krmiljenje črpalk, prezračevalni sistemi, hladilni sistemi, tovarniška proizvodnja in robotika.
Načelo delovanja pogona s spremenljivo frekvenco
Frekvenčni pretvornik je električna naprava, ki se uporablja za uravnavanje delovne hitrosti AC motorja. Njegovo osnovno načelo delovanja je naslednje:
Inverter pretvarja enosmerno napajanje v izmenični tok in prilagaja delovno hitrost in navor motorja z nadzorom parametrov, kot so napetost, frekvenca in faza. Poseben operativni proces lahko na splošno razdelimo na naslednje korake:
1. Popravek: Pretvornik uporablja usmerniško vezje za pretvorbo izmeničnega toka iz električnega omrežja v enosmerni.
2. Filtriranje: filtrirno vezje zagotavlja, da se enosmerna moč nemoteno dovaja v invertersko vezje, kar preprečuje, da bi visokofrekvenčni impulzni šum toka onesnažil napajalnik.
3. Obračanje: invertersko vezje pretvori enosmerno moč v zahtevano izmenično moč.
4. Nadzor izhoda: Z nadzorom napetosti, frekvence in faze izhoda inverterskega vezja VFD prilagodi stanje delovanja motorja, da doseže brezstopenjsko krmiljenje hitrosti motorja.
5. Zaščitne funkcije: Razsmernik ima tudi različne zaščitne funkcije, kot so prenapetostna, preobremenitvena, prenapetostna in podnapetostna zaščita, kar zagotavlja varno in stabilno delovanje motorja in pretvornika.
Če povzamemo, pretvornik prilagaja stanje delovanja motorja s krmiljenjem parametrov, kot sta izmenična frekvenca in napetost, kar omogoča brezstopenjsko regulacijo hitrosti za izpolnjevanje zahtev krmiljenja motorja za različne aplikacije.
Struktura glavnega vezja pogona s spremenljivo frekvenco
Strukturo glavnega vezja pretvornika s spremenljivo frekvenco sestavljajo predvsem usmerniško vezje, vmesni kondenzatorji, invertersko vezje in vezje izhodnega filtra. Natančneje, vsebuje naslednje komponente:
1. Usmerniško vezje: Usmerniško vezje pretvornika s spremenljivo frekvenco je v glavnem sestavljeno iz usmerniškega mostu in enosmernih kondenzatorjev. Z dodajanjem usmerniškega mostu in filtra za enosmerni tok na prvotni vhodni priključek AC se izmenična napetost pretvori v enosmerno napetost.
2. Vmesni kondenzatorji: Vmesni kondenzatorji se uporabljajo predvsem za zagotavljanje gladke in stabilne enosmerne napetosti pretvornika, hkrati pa služijo tudi kot izhodni filter.
3. Razsmerniško vezje: Razsmerniško vezje vključuje različne topologije, kot so konfiguracije pol-mosta in polnega{2}}mosta, za pretvorbo enosmerne napetosti v izmenično napetost. Uporablja krmiljenje PWM za oddajanje izmenične napetosti s skoraj-sinusno valovno obliko, s čimer doseže nadzor hitrosti.
4. Vezje izhodnega filtra: Vezje izhodnega filtra je v glavnem sestavljeno iz dveh vrst: filtrov tipa L- in filtrov tipa LC-. Uporabljajo se za filtriranje visoko{4}}frekvenčnega šuma, ki ga ustvari invertersko vezje, s čimer na izhodnem priključku proizvede gladko, sinusno enosmerno napetost.
Če povzamemo, struktura glavnega vezja pretvornika s spremenljivo frekvenco (VFD) zahteva izbiro ustreznih komponent na podlagi dejanskih aplikacijskih zahtev, vključno z aktivnimi napravami (kot so IGBT-ji in MOSFET-ji) in pasivnimi napravami (kot so kondenzatorji in induktorji), da se doseže brezstopenjski nadzor hitrosti motorja.
Struktura krmilnega vezja pogona s spremenljivo frekvenco
Struktura krmilnega vezja pretvornika s spremenljivo frekvenco je v prvi vrsti razdeljena na naslednje komponente: periferne vmesnike, enoto za obdelavo vhodnih signalov, centralno procesno enoto, enoto za krmiljenje izhodnih signalov in napajalno enoto.
1. Periferni vmesniki: Ti vključujejo povezovalne vmesnike za vhodne in izhodne signale, ki se uporabljajo za komunikacijo in interakcijo z zunanjimi napravami.
2. Enota za obdelavo vhodnega signala: Ta enota obdeluje in pretvarja različne vhodne signale. Sprejema več vrst vhodnih signalov, kot so analogni ali digitalni signali, in jih pretvori v standardne krmilne signale za izhod v centralno procesno enoto, s čimer omogoča identifikacijo in obdelavo krmilnih signalov.
3. Centralna procesna enota: To je osrednja komponenta pretvornika, ki je odgovorna za izračun in nadzor izhodne frekvence in napetosti motorja ter za nadzor delovanja izhodnih komponent, kot so IGBT pretvorniki. Centralna procesna enota običajno vsebuje eno ali več CPE in notranji pomnilnik za shranjevanje nastavljenih parametrov in krmilnih programov.
4. Enota za nadzor izhodnega signala: Ta enota nadzoruje delovanje izhodnih komponent. Z nadzorom izhodnih komponent, kot so IGBT-ji, uravnava izhodno frekvenco in napetost motorja, s čimer nadzoruje hitrost in navor motorja.
5. Napajalna enota: Ta enota zagotavlja stabilno napajanje in uporablja komponente, kot so filtri, za filtriranje in glajenje visoko{1}}frekvenčnega valovanja v izhodu motorja, kar zagotavlja stabilnost in zanesljivost sistema.
Če povzamemo, strukturo krmilnega vezja pretvornika s spremenljivo frekvenco sestavlja več modulov, od katerih vsak opravlja določeno funkcijo. Ti moduli delujejo usklajeno, da skupaj dosežejo nadzorne funkcije pogona.