درایو فرکانس متغیر چیست؟
درایو فرکانس متغیر (VFD) یک دستگاه کنترل الکترونیکی است که برای ارائه کنترل سرعت قابل تنظیم برای موتورهای AC و DC استفاده می شود. رایج ترین انواع موتورهای AC موتورهای القایی AC یا موتورهای آسنکرون هستند. مزایای استفاده از VFD صرفه جویی در انرژی برای کاربردهای فن و پمپ HVAC، بهبود گشتاور و کنترل سرعت موتور در کاربردهای صنعتی و بهبود حفاظت موتور است.
اندازه موتور برای عملکرد VFD:
درایوهای فرکانس متغیر می توانند موتورهایی از ¼ اسب بخار در 120 ولت تک فاز تا 20، 000 کیلووات در 11،000 ولت سه فاز را کار کنند. موتورهای صنعتی معمولاً سه فاز هستند و متداول ترین ولتاژ در ایالات متحده 480 ولت است. سایر ولتاژهای رایج 230، 2300 و 4160 ولت هستند. موتور برای کار بر روی انواع ولتاژها بسته به قطب های موتور طراحی شده است. .
موتورها به گونه ای طراحی شده اند که بسته به تعداد قطب های موتور با سرعت ثابت کار کنند. فرکانس ولتاژی که به موتور داده می شود، سرعت موتور را تعیین می کند. این سرعت تابعی از فرکانس اعمال شده ضرب در 120 تقسیم بر تعداد قطب در هر فاز است.
چگونه VFD سرعت موتور را تغییر می دهد:
VFD ها موتورها را با تغییر فرکانس بین 0 و 60 سیکل یا هرتز در ثانیه کنترل می کنند. آنها همچنین می توانند فرکانس های خارج از باند استاندارد 0-60 هرتز را تا 600 هرتز تغییر دهند. هنگامی که فرکانس بالاتر از 600 هرتز باشد، برنامه معمولاً یک موتور اسپیندل با سرعت بالا است. هنگامی که بالاتر از 600 هرتز باشد، برنامه معمولاً یک موتور اسپیندل با سرعت بالا است. VFD فرکانس ورودی را با تنظیم فرکانس خروجی موج سینوسی AC به موتور تغییر می دهد. برای انجام این کار، VFD دارای چهار جزء اصلی است:
- بخش یکسو کننده یا مبدل دیود، ولتاژ خط AC 60 هرتز را از طریق یکسوساز دیود به ولتاژ DC تبدیل می کند.
- بخش باس DC ولتاژ AC تبدیل شده را در یک خازن ذخیره می کند. برای ورودی 480 ولت AC، پیک ولتاژ در گذرگاه DC سه فاز می تواند 648 ولت DC (= 480 V x Rt. √1.82) باشد.
- بخش اینورتر یا IGBT (ترانزیستور دوقطبی دروازه ایزوله) ولتاژ DC ذخیره شده را به شکل موج سینوسی AC آنالوگ به نام مدولاسیون عرض پالس تبدیل می کند تا شکل موج AC را شبیه سازی کند. شکل موج مدوله شده با عرض پالس دارای دامنه (ارتفاع) است که حداکثر ولتاژ ورودی معمولاً 480 ولت و یک چرخه کاری (عرض) است. تعداد چرخه های کاری در ثانیه فرکانس بر حسب هرتز است و نرخ روشن و خاموش شدن IGBT فرکانس حامل است. فرکانس های حامل از 2،{2}} هرتز تا 15،{4}} هرتز متغیر است. فرکانس های حامل بالاتر شکل موج های بهتری تولید می کنند. یک کلید برق روی دیوار را تصور کنید که به ولتاژ و جریان اجازه می دهد تا یک لامپ را روشن کند. جریان ولتاژ و جریان به لامپ با سرعت 60 سیکل در ثانیه. هر گونه سوسو زدن نور خیلی سریع است که با چشم غیر مسلح قابل تشخیص نیست.
- بخش کنترل VFD ولتاژ و فرکانس یا شماره چرخه کار ارسال شده به موتور را تعیین می کند. موتور از شکل موج مدوله شده با عرض پالس برای کنترل سرعت موتور استفاده می کند.
تکامل درایوهای فرکانس متغیر
VFD ها در طول زمان تکامل یافته اند، اما عملکرد اصلی آن باقی مانده است. آنها در بسیاری از کاربردها استفاده می شوند و به پیشرفت صنایع کمک می کنند. با جهش فعلی در IIoT و تولید هوشمند، VFD ها برای بهبود فرآیند و ارائه داده های معنادار برای کمک به تولیدکنندگان برای تبدیل شدن به رهبران در صنایع خود، یکپارچه خواهند شد.