مروری کوتاه بر مدار اصلی و ساختارهای مدار کنترل یک درایو فرکانس متغیر

درایو فرکانس متغیر (VFD) یک وسیله الکتریکی است که برای کنترل سرعت و عملکرد موتورهای الکتریکی استفاده می شود و در زمینه کنترل اتوماسیون صنعتی کاربرد زیادی دارد. فرکانس و ولتاژ خروجی موتورهای AC را تنظیم می‌کند، در نتیجه سرعت و گشتاور موتور را کنترل می‌کند و کنترل هوشمند، کارآمد، و{1}}صرفه‌جویی در انرژی تجهیزات را امکان‌پذیر می‌کند.

یک درایو فرکانس متغیر عمدتاً از یک بخش انتقال قدرت، یک بخش یکسو کننده، یک بخش اینورتر و مدارهای کنترل تشکیل شده است. بخش انتقال نیرو از یک ترانسفورماتور برای کاهش ولتاژ شبکه ورودی (معمولاً 380 ولت یا 220 ولت) به ولتاژ ورودی مورد نیاز استفاده می کند. بخش یکسو کننده برق AC ورودی را به برق DC تبدیل می کند، در حالی که بخش اینورتر برق DC را دوباره به برق متناوب با فرکانس بالا تبدیل می کند. مدارهای کنترل سیگنال های کنترلی را برای تنظیم خروجی درایو هدایت و پردازش می کنند.

عملکردهای اولیه یک VFD عبارتند از:{0}}کنترل سرعت متغیر موتور، تنظیم قدرت، و محافظت در برابر اضافه ولتاژ و اضافه بار شبکه. با تنظیم فرکانس خروجی و ولتاژ VFD، می توان به کنترل مطمئن و دقیق موتور تحت بارهای مختلف دست یافت، در حالی که استراتژی های کنترل موتور مختلف مانند کنترل منطقه، کنترل برداری، و کنترل حلقه باز را اجرا کرد.

با توجه به مزایای عملکرد پایدار، بهبود عملکرد قابل توجه و صرفه جویی در انرژی، درایوهای فرکانس متغیر به طور گسترده در فرآیندها و زمینه های تولید مختلف مانند کنترل پمپ، سیستم های تهویه، سیستم های خنک کننده، تولید کارخانه و روباتیک استفاده می شوند.

اصل کار یک درایو فرکانس متغیر

درایو فرکانس متغیر یک وسیله الکتریکی است که برای تنظیم سرعت کار یک موتور AC استفاده می شود. اصل کار اصلی آن به شرح زیر است:

اینورتر برق DC را به برق AC تبدیل می کند و با کنترل پارامترهایی مانند ولتاژ، فرکانس و فاز، سرعت کار و گشتاور موتور را تنظیم می کند. فرآیند عملیاتی خاص را می توان به طور کلی به مراحل زیر تقسیم کرد:

1. یکسوسازی: اینورتر از مدار یکسو کننده برای تبدیل برق AC از منبع تغذیه به برق DC استفاده می کند.

2. فیلتر کردن: یک مدار فیلتر اطمینان می دهد که برق DC به طور روان به مدار اینورتر می رسد و از آلودگی{1} صدای پالس فرکانس بالا از جریان جریان جلوگیری می کند.

3. معکوس کردن: مدار اینورتر برق DC را به برق AC مورد نیاز تبدیل می کند.

4. کنترل خروجی: با کنترل ولتاژ، فرکانس و فاز خروجی مدار اینورتر، VFD وضعیت عملکرد موتور را برای دستیابی به کنترل سرعت بدون پله موتور تنظیم می کند.

5. عملکردهای حفاظتی: اینورتر همچنین دارای عملکردهای حفاظتی مختلفی مانند حفاظت از جریان اضافه، اضافه بار، اضافه ولتاژ و حفاظت در برابر ولتاژ است که عملکرد ایمن و پایدار موتور و اینورتر را تضمین می کند.

به طور خلاصه، اینورتر وضعیت عملکرد موتور را با کنترل پارامترهایی مانند فرکانس و ولتاژ AC تنظیم می‌کند و کنترل سرعت بدون پله را قادر می‌سازد تا نیازهای کنترل موتور در کاربردهای مختلف را برآورده کند.

ساختار مدار اصلی یک درایو فرکانس متغیر

ساختار مدار اصلی یک درایو فرکانس متغیر عمدتاً از یک مدار یکسو کننده، خازن های میانی، یک مدار اینورتر و یک مدار فیلتر خروجی تشکیل شده است. به طور خاص، از اجزای زیر تشکیل شده است:

1. مدار یکسو کننده: مدار یکسو کننده یک درایو فرکانس متغیر عمدتاً از یک پل یکسو کننده و خازن های DC تشکیل شده است. با افزودن یک پل یکسو کننده و یک فیلتر DC به ترمینال ورودی AC اصلی، ولتاژ AC به ولتاژ DC تبدیل می شود.

2. خازن های میانی: خازن های میانی عمدتاً برای اطمینان از صاف و پایدار ولتاژ DC اینورتر استفاده می شوند و در عین حال به عنوان فیلتر خروجی نیز عمل می کنند.

3. مدار اینورتر: مدار اینورتر شامل توپولوژی‌های مختلفی است، مانند پیکربندی‌های نیم-پل و{2}}پل، برای تبدیل ولتاژ DC به ولتاژ AC. از کنترل PWM برای خروجی ولتاژ متناوب با شکل موج سینوسی نزدیک-استفاده می‌کند و در نتیجه کنترل سرعت را به دست می‌آورد.

4. مدار فیلتر خروجی: مدار فیلتر خروجی اصولاً از دو نوع تشکیل شده است: فیلترهای نوع L-و فیلترهای نوع LC-. اینها برای فیلتر کردن صدای فرکانس بالا{4} تولید شده توسط مدار اینورتر استفاده می‌شوند و در نتیجه یک ولتاژ DC صاف و سینوسی در ترمینال خروجی تولید می‌کنند.

به طور خلاصه، ساختار مدار اصلی یک درایو فرکانس متغیر (VFD) مستلزم انتخاب اجزای مناسب بر اساس نیازهای کاربردی واقعی، از جمله دستگاه‌های فعال (مانند IGBT و ماسفت) و دستگاه‌های غیرفعال (مانند خازن‌ها و سلف‌ها)، برای دستیابی به کنترل بدون پله سرعت موتور است.

ساختار مدار کنترل یک درایو فرکانس متغیر

ساختار مدار کنترل یک درایو فرکانس متغیر در درجه اول به اجزای زیر تقسیم می شود: رابط های جانبی، واحد پردازش سیگنال ورودی، واحد پردازش مرکزی، واحد کنترل سیگنال خروجی و واحد منبع تغذیه.

1. رابط های جانبی: اینها شامل رابط های اتصال برای سیگنال های ورودی و خروجی است که برای ارتباط و تعامل با دستگاه های خارجی استفاده می شود.

2. واحد پردازش سیگنال ورودی: این واحد سیگنال های ورودی مختلف را پردازش و تبدیل می کند. انواع مختلفی از سیگنال های ورودی مانند سیگنال های آنالوگ یا دیجیتال را می پذیرد و آنها را به سیگنال های کنترل استاندارد برای خروجی به واحد پردازش مرکزی تبدیل می کند و از این طریق امکان شناسایی و پردازش سیگنال های کنترلی را فراهم می کند.

3. واحد پردازش مرکزی: این جزء اصلی اینورتر است که وظیفه محاسبه و کنترل فرکانس و ولتاژ خروجی موتور و همچنین کنترل عملکرد اجزای خروجی مانند اینورترهای IGBT را بر عهده دارد. واحد پردازش مرکزی معمولاً شامل یک یا چند CPU و حافظه داخلی برای ذخیره پارامترهای مجموعه و برنامه های کنترلی است.

4. واحد کنترل سیگنال خروجی: این واحد عملکرد اجزای خروجی را کنترل می کند. با کنترل اجزای خروجی مانند IGBT، فرکانس و ولتاژ خروجی موتور را تنظیم می کند و در نتیجه سرعت و گشتاور موتور را کنترل می کند.

5. واحد منبع تغذیه: این واحد منبع تغذیه پایداری را ارائه می‌کند و از اجزایی مانند فیلترها برای فیلتر کردن و صاف کردن امواج فرکانس{1} بالا در خروجی موتور استفاده می‌کند و از پایداری و قابلیت اطمینان سیستم اطمینان می‌دهد.

به طور خلاصه، ساختار مدار کنترل یک درایو فرکانس متغیر از چندین ماژول تشکیل شده است که هر یک عملکرد خاصی را انجام می دهند. این ماژول ها برای دستیابی به عملکردهای کنترلی درایو به طور هماهنگ کار می کنند.